【ガスタービン】

砂漠の気候から熱帯地方、北極の寒さまで、頑丈な9E.03ヘビーデューティガスタービンは、不可欠なパワーを提供し、膨大なデューティサイクルとアプリケーションで動作。

9E.04ヘビーデューティーガスタービンは、9E.03ガスタービンのシンプルさと運転強度を維持しながら、出力と性能を向上.

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9Eタービンは52種類以上の燃料を使用することができます。燃料スペクトルのほぼ全域で使用することができ、フルロードで運転しながら燃料を切り替えることさえできるでつ。

わずか6ヶ月で動作を確認し、ファーストスタートとロード機能を備えた9Eは、迅速なインストールと操作の柔軟性を備えているでつ。

9E.04には、145MWの出力と37%のシンプルサイクル効率など、燃料コストの削減と収益の増加を支援する複数の機能があるでつ。

 

9Eは、高可用性、信頼性、耐久性を提供しながら、全体的なコスト・キロワットを下げる、堅牢で実績のあるプラットフォーム。

 

  • 天然ガス、軽油、重質蒸留油、ナフサ、原油、残留油、合成ガス、製鉄所/高炉ガスの燃料に作用する
  • 5ppmのNOx *および25ppmのCOを含む乾燥低NOx(DLN)燃焼、30%の修正されたウォッベ指数(MWI)柔軟性
  • 重油重油を含む世界銀行の要件を満たす排出基準
  • 工業用石油・ガス精製所、IWPP、製錬、製鋼、LNGのアルミニウム産業など幅広い業界のシンプルサイクル、コンバインドサイクル、および産業用CHPおよび機械式ドライブアプリケーション
  • 9E.04は、すでに設置されている9Eガスタービンユニットと同じフットプリント内に収まる新しい4段タービンモジュールを搭載しています
  • 17段コンプレッサー、耐腐食性材料、コーティング、およびコンプレッサー耐久性を向上させるインナーバレルブラシシール
  • 実績のあるEクラスおよびFクラスの材料を使用し、高温ガス経路の低Eクラス温度での冷却、シーリングの改善、クリアランスの改善、ステージ間の最適なワークスプリット
  • 段階的な容量拡張が必要な場合は、増分電源を簡単に追加できるコンパクトなフットプリント

 

マイクロコージェネレーションシステム(インバータ連系仕様)

概要は、平成7年12月の電気事業法の改正で、10kW未満の発電機は低圧受電の場合電気主任技術者が不要となったため、公衆浴場・老人福祉施設・ホテルなどの従来の市場に加えて、外食店を含めた業務用マーケット全般に広くコージェネレーションの普及を目指して平成13年10月に9.8kWマイクロコージェネ「ジェネライト」を発売。

「ジェネライト」は、ガスエンジンヒートポンプエアコン(GHP)の技術を適用して、イニシャル・メンテナンスを低コスト化すると共に、保護継電器を内蔵したインバータを搭載し、商用電力との系統連系を可能。

その結果、高い発電利用率と施工コストの低減が実現。

平成24年4月現在10kW未満では5kW、6kW 、9.9kW の3機種をラインナップ。

また6kW、9.9kW は停電時のバックアップ電源として使用できるブラックアウトスタート仕様を追加。

  • GHPのエンジン技術の適用により本体低コスト化、低メンテナンスコスト(コジェネ初の10000時間定期点検間隔実現)するとともにパッケージのコンパクト化と低騒音化を実現
  • インバータ連系により100%の発電利用率を実現_経済性の向上
  • インバータに保護継電器機能を内蔵_系統連系関係の電気工事費を低減
  • 負荷選定作業などエンジニアリングの省力化_工事費低減
  • 10kW未満は有資格者不要(低圧受電の場合)_有資格者への委託費不要
  • ブラックアウト仕様では停電時のバックアップ電源として使用可能
  • ジェネライトは主に電力使用量の多い時間帯に運転。
  • ジェネライトによって発電された電力は電力会社の火力発電分を削減することになるので、火力発電+ガスボイラーの従来方式とジェネライト導入後を比較して省エネルギー性を示すでつ。
  • 9.9kWのジェネライトを導入した場合、図のように一次エネルギー消費量は ▲ 31.4%、CO2排出量は ▲ 40.2%と大きく削減することが可能。

脱炭素化の新たな選択肢~石炭から水素の安定製造目指し、日豪約9000キロを結ぶサプライチェーン構築へ~

オーストラリア南東部ビクトリア州の州都メルボルンから約150キロ東に位置する炭鉱地区、ラトロブバレー。19世紀から石炭を採掘し、電力産業が盛んな同地区で、「脱炭素化」の切り札となる水素を軸にした世界初のプロジェクトが始まったでつ。

現地で未利用のまま豊富に存在する石炭から水素を製造し、約9000キロ離れた日本に運ぶ壮大なサプライチェーン(供給網)の構築を目指す実証事業。

Jパワー(電源開発)、川崎重工業、岩谷産業、シェルジャパンの4社が設立した「技術協同組合CO2フリー水素サプライチェーン推進機構(HySTRA)」が中心になって進めるでつ。

4月12日にラトロブバレーで開かれた起工式典にはJパワーや川崎重工業など日豪の参加企業のほか、オーストラリアのマルコム・ターンブル首相(当時)らが出席。

首相は声明で、「エネルギー資源の多様化を図る、水素サプライチェーンの商用化に向けた初のステップとなる」と期待を表明。

未利用の「低品位炭」をクリーンエネルギーに転換。

事業の中核になる石炭は英語で「brown coal(褐色の石炭)」と呼ばれる「褐炭(かったん)」。

一大産地のラトロブバレーは地表下から深さ250メートルまで埋蔵が確認され、日本の総発電量の240年分まかなえる豊富な資源量を誇るでつ。

採掘コストも低く安価に入手できる一方で、炭素の含有量が少なく、水分を50~60%と多く含むため、火力で使う瀝青炭(水分15%以下)などに比べ輸送や発電の効率が悪いでつ。

結果、需要はほぼ炭鉱近くの発電所のみに限られ、「低品位炭」とされるでつ。

実証では、この未利用資源である褐炭から水素を製造。液化して日本へ輸送し、荷役・貯蔵に至るまで、一連のサプライチェーン構築に向けて取り組んでいるでつ。

将来的には、水素製造の際に発生するCO2を分離・回収し、CO2フリーの水素サプライチェーンの実現を目指すでつ。

年内に現地の基礎工事に入り、2019年に水素ガスの製造プラント、低温の液化設備、港湾の積み荷・揚荷用基地などを設置し、20年にも試験運転の開始に向けて一歩ずつ進めていくでつ。

パリ協定発効後、世界では温室効果ガス削減に向けた「脱炭素化」への動きが急速に広がっているでつ。

エネルギーの脱炭素化の実現には、再生可能エネルギー拡大はもちろん、化石燃料利用の脱炭素化や、水素エネルギーの活用など、多様な組み合わせが欠かせないでつ。

その1つである水素(H2)は、酸素(O2)と化学反応することで発電し、排出するのは水(H2O)のみ。発電時に二酸化炭素(CO2)など温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギー源。

日本政府が昨年12月に策定した水素基本戦略は国内の再生可能エネルギーの余剰電力や海外の未利用エネルギーなどを水素に転換することで、「貯め」「運び」「利用」できる特性を指摘。

日本にとって、「エネルギー安全保障と温暖化対策の切り札」と評価。

ただ、政府が目指す水素社会の確立には、需要と供給の両面でコストの壁が立ちはだかるでつ。

天然にほぼ存在しない水素は、現在は天然ガスなどを改質する製造方法が主流だが費用がかさむでつ。

それゆえ採算確保を不安視する供給業者は投資に及び腰。

供給体制が整わない中、燃料電池車(FCV)の普及が進まないなど需要拡大も見込めず、大量生産による費用低減は見込めないでつ。

「鶏が先か、卵が先か」の状態。

水素のステーション価格は現在、1立方メートル(0度、1気圧の標準状態)あたり100円程度だが、政府は商用化を目指し30年に30円まで下げる目標を掲げるでつ。

こうした需給の課題を一挙に解決する可能性を秘めるのが、今回の日豪の水素サプライチェーン構築実証事業。

水素製造の過程で活用されるのが、Jパワーが培ってきた「石炭ガス化技術」。

ガス化の仕組みはこうだ。褐炭を細かく砕き、酸素とともにガス化炉に噴出。

炉内で1000度以上に加熱すると、微粉炭の主成分の炭素(C)が水分(H2O)や酸素(O2)と化学反応し、主に水素(H2)と一酸化炭素(CO)の可燃性ガスになるでつ。

このガスから水素を取り出し、マイナス253度で液化して輸送することで、炭鉱から離れた国での大量利用を可能。

また、低価格の褐炭を原料として製造費用を引き下げ、需要先は世界中に拡大。

需給両面で水素の普及を後押しするシナリオ。

安価で、未利用のまま豊富に存在する褐炭をガス化することで、水素を最も安く製造する有望な方法の一つになると指摘。

Jパワーは1980年代から石炭ガス化技術の開発を開始。

元来は、化石資源を化学製品の原料として利用しやすい水素、一酸化炭素に転換する技術であったでつが、「石炭ガス化複合発電(IGCC)」とよばれる高効率発電技術の開発に取り組んできたでつ。

IGCCでは、石炭をガス化して生じる可燃性ガスを燃焼させ発電すると同時に、排熱も用いて発電。

高い効率で石炭からエネルギーを得ることで石炭使用量を減らし、CO2排出削減につなげる「クリーンコールテクノロジー」。

※IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle

Jパワーは新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と共同で実施してきた「EAGLEプロジェクト」において独自技術を開発。

酸素の供給量を適切に制御することで、石炭ガス化炉の高効率化と安定稼働の両立を実現。

結果、EAGLEは1日150トンを処理できるガス化炉の大型化を実現するとともに、石炭の発熱量をガスに移行する比率も世界最高水準の82%を達成。

10年以上にわたり、この石炭ガス化炉の安定運転を続けたでつ。

蓄積した技術と経験、人財は今回の水素サプライチェーン構築に役立つでつ。

ラトロブバレーに建設予定の小規模ガス化炉で試験を繰り返すほか、日本のJパワーのEAGLEガス化炉でも運用性やトータル性能を検証する予定。

褐炭は成分にばらつきがあるので、多くのデータが必要。

ガス化炉が安定稼働する条件を見つけ、どれだけ効率を上げられるかが課題。

水素は発電時にはCO2を排出しないが、石炭をガス化して製造する際の排出は避けられないでつ。

そこで、実証に併せ、ラトロブバレーではオーストラリア連邦政府とビクトリア州政府の共同基金で、新たなプロジェクトにも着手。

発生するCO2を分離・回収し、長期間貯留する「CCS技術」だ。排ガスから化学反応を利用してCO2を分離し、高純度で回収。

枯渇したガス田などに輸送し、圧縮機で深さ1000メートル以上の地層の砂粒の隙間に封じ込め、実質的な排出ゼロを目指でつ。

ラトロブバレーから約80キロ先の沖合には枯渇しかけた海底油田が存在し、大規模な貯留容量が見込まれるでつ。

今後、褐炭からの水素製造には「CCSは不可欠」と小俣氏は話す。将来的にラトロブバレー沖でCCSが可能になれば、日豪の水素サプライチェーンはCO2フリーを実現できるでつ。

Jパワーは国内でも中国電力と共同で、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)の助成を受けて実施している「大崎クールジェンプロジェクト」(広島県)において、クリーンコール技術の商用化に向けた実証事業を進めているでつ。

IGCCだけでなく、CO2分離・回収技術を組み合わせた技術でも、実証事業に向けた建設工事を開始しているほか、ガス化により発生した水素を燃料電池に活用して発電効率を高める「IGFC(石炭ガス化燃料電池複合発電)」の実現に向けた小型IGFCの技術実証も予定。

※IGFC:Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle

IGCCやIGFC、CCSは技術レベルや商用化の見通しがそれぞれ異なるでつ。

それでも脱炭素化の実現のためには、複数の選択肢を持つことが重要。

今回の褐炭による水素製造もその1つ。

将来を見据えて、脱炭素化の選択肢を1つでも増やすために、これからも技術開発に取り組みことに前向に進めるでつなぁ~

5MW級で世界最高効率の純国産ガスタービン「M5A」を用いたコージェネレーションシステムの初号機を納入

5MW級の純国産高効率ガスタービン「M5A」を用いたコージェネレーション(熱電併給)システムの初号機を、イビデン株式会社の大垣事業場(岐阜県大垣市)に納入。

2018年7月から運用を開始し、同事業場内で使用される電気および蒸気を供給。

「M5A」の発電効率は、5MW級ガスタービンでは世界最高の32.6%で、同機を用いたPUC50Dコージェネレーションシステムの総合効率はクラス世界最高の84.5%を達成。

この優れた効率により、エネルギーコストの低減とCO₂排出量の削減を実現。

また、環境性能においても、最新のドライ低エミッション(DLE)技術により、窒素酸化物(NOx)排出量は52.5ppm(O=0%)を達成。

さらにメンテナンス性では、オーバーホール交換作業の効率化を図り、中間点検を簡易点検(ボアスコープ点検)とすることで、年間稼働時間を向上。

M5A」は、KHIが長年培ってきた中小型ガスタービンの開発技術を結集して、自社開発したもの。

昨年11月に全世界に向けて販売を開始。

全世界で累計11,000台以上の納入実績がある発電用ガスタービンの開発経験や実績をベースに最新の技術を投入し、信頼性を確保。

国内外で特に需要の多い5MW級の市場において、トップクラスの性能を有する「M5A」は多くの需要が見込でつ。

エネルギーへの関心は世界各地で高まっており、中でもガスタービンを用いたコージェネレーションシステムは、効率面や環境面から高い注目を集めているでつ。

今後も日本をはじめ、欧州、アジアの各現地販売拠点を活用し、エネルギー関連事業をグローバルに展開していくでつなぁ~

北海道初の大型LNGコンバインドサイクルで次代の電力ニーズに応えるー最新鋭ガスタービン9HA、北海道電力石狩湾新港火力発電所へ

2019年2月の運転開始に向け、北海道初の大型LNGコンバインドサイクル発電所の建設が、日本海に面し、小樽市と石狩市が接する石狩湾新港地域で着々と進められているでつ。

燃料別電力量(kWh)でみると、石炭49%、石油25%、水力や風力等の再生可能エネルギー25%で構成(出典:北海道電力2017)されている北海道電力では、現在稼働中の火力発電所の経年化に対応するとともに、燃料種の多様化や電源の分散化を図り、将来的な電力の安定供給を確実なものとすることが求められているでつ。

2019年までに運転年数が40年を超える火力発電設備は、北海道電力の13機中、6機となり、経年化への対応が必要。

石狩湾新港火力発電所の必要性があるでつなぁ~

できるだけ安く、安定した電気を供給したいという一言に尽きるでつ。

北海道電力が求める経済性と運用性の高い天然ガスコンバインドサイクル発電に応えるため、東芝とGEのチームが提案したのは、最新型のGE製ガスタービン9HAを採用した発電設備。

発電効率は世界最高水準の62%超で燃料費を削減するとともに、スタートから運転までの起動時間が早いなど、フレキシブルな運用が可能。

今後一層の増加が予想される風力発電や太陽光発電といった気象条件により出力が大きく変動する再生可能エネルギーに素早く追従することも期待。

この石狩湾新港火力発電所は2018年度下期の試運転を経て、2019年2月の営業運転開始に向け、1日あたりピークで2,000名を超す作業員が厳冬下でも建設作業に従事。

北海道の電力事情もだけど、スマートコミュニティを構築するうえで、高効率のコンバインドサイクルは必須でつなぁ~

GE の HA ガスタービン、発電効率で2度目の世界記録をサポート

GEパワーは、中部電力株式会社様の西名古屋火力発電所 7-1 号が、発電効率 63.08%を達成し、世界最高効率のコンバインドサイクル発電所としてギネス世界記録(*)に認定されたでつ。

東芝エネルギーシステムズ株式会社様がプラントシステムの全体設計・建設を行い、西名古屋火力発電所には GE の 7HA ガスタービンと東芝エネルギーシステムズ製蒸気タービン・発電機が導入。

この達成によって、50Hzと60Hzの両周波数各地域の高効率な発電所においてHAガスタービンは稼働。

2016 年 6 月にはGE パワーと EDF は50Hz向けに最高効率のコンバインドサイクル発電所としてギネス世界記録に認定。

フランス・ブシャンにあるこの発電所には 9HA ガスタービンが導入され、送電端効率 62.22%を記録し、世界初の GE HA ガスタービンによるコンバインドサイクル発電所。

中部電力さんは、中部地域のモノづくりを支えるため、安全・安価で安定的な電力供給を目指し、火力発電所の開発において、常に世界最高水準の高出力、高効率の発電設備の構築を追求。

これまでのあくなき技術面での探求が、今回のギネス世界記録認定につながったと考えてるとのこと。

GEさんは、歴史を築くことができたことを、そして中部電力様や東芝エネルギーシステムズ様とともに業界最先端の HA ガスタービンを日本で展開できたことを誇りに思うでつ。

GE の HA ガスタービンによって、日本の電力需要を支え、さらに高い環境面の目標に応える新たな次元の効率性と信頼性を有する、将来の発電所を形にすることができたでつ。

7HA.01 ガスタービンを 3 台稼働させた西名古屋火力発電所 7-1 号は、平均的な家庭約 270 万世帯に電気を供給する 1,188MW を発電。

HA は世界で最も順調に導入が進むガスタービンで、グローバルではすでに、稼働時間はのべ8 万時間を超えているでつ。

日本は現在、環境負荷がより少なく、より効率的な発電が求められているでつ。

電力の需要減少時期を迎え、電力会社が規制緩和等で競争力強化が求められるなかで、LNG 天然ガス焚きのコンバインドサイクル発電や再生可能エネルギーが、一層重要。

中部電力様が運転開始から 40 年経過した発電施設を更新する際に、多軸式のコンバインドサイクルにふさわしく、NOx 低排出量の LNG(液化天然ガス)で発電できる、より高効率で柔軟な運用性のある大型ガスタービンが選定。

7HA ガスタービンの優れた燃料柔軟性は、シェールガスや LNG のような幅広い組成のガスや液化燃料に対応。

また7HA は 30 分以内に定格出力に到達する起動性能を有し、再生可能エネルギーなどへの追随性にも優れているでつ。

高効率であるため、中部電力様は燃料費や排出する COを低減させることが可能。

GE は西名古屋火力発電所 7-2 号に 3 台の 7HA.01 を納品しており、2018 年 3 月末に商業運転が開始予定。

日本同様、60Hz で発電される世界有数の電力市場として、アメリカにおいてもGE はすでに 7HA ガスタービンをテキサスの 2 カ所の発電所で商業運転を行い、2018 年中に他でも稼働予定。

GEのHAガスタービン、業界初の発電効率64%でつ

Eパワー(NYSE: GE)は、コンバインドサイクル発電時に発電効率64%以上を実現。

高出力で高効率なHAガスタービンを発表。

これは現時点でGEだけが提供できる技術。

わずか18ヶ月前に世界最高となる62.22%を記録したHAガスタービンのこの発電効率の記録更新は、GEの積層造形技術と燃焼技術に対する絶え間ないイノベーションの成果。

GEパワーの試算によれば、ガスタービンの発電効率を向上させることによって、世界規模のお客様においては何百億ドルの燃料削減効果が期待。

積層造形技術に対するGEの長期的な投資により、HAの発電効率は大いに向上。

とくにGEのエンジニアたちは9HAガスタービンの燃焼システムのために、積層造形技術を活用し新たな部品を開発。

具体的には、発電効率向上のため燃料と空気の最適な予混合比を実現する新たなデザインのパーツを金属3Dプリンターで製造し、導入。

この新たな燃焼システムはすでに米国サウスカロライナ州グリーンビルにあるGEの全速全負荷の試験設備において試験稼働に成功。

こうした画期的なイノベーションの結果、9HA.02ガスタービンはガスタービンと蒸気タービンを1台づつ用いるコンバインドサイクル発電(総出力:826MW)の一定の条件下では送電端効率64.0%を提供することが可能。

2017年までは63.7%を上限としていましたでつが、今後、2018年からはコンバインドサイクル発電で64%超のHAガスタービンの発注が可能。

さらに世界で最高水準の技術をもつHクラスガスタービンの系譜を引き継ぎ、GEパワーは2020年代前半までには発電効率65%を達成するロードマップを描いているでつ。

今日までにHAガスタービンは世界で70台以上の受注を受け、世界中の発電事業者で運用を開始されるなど、HAガスタービン技術はすでに実証。

2016年6月にHAガスタービンの初号機が運転開始して以来、17台以上のHAガスタービンが運転を開始し、5万時間を超える稼働時間を達成。

多くの特徴のなかで、HAガスタービンは出力が変動する再生可能エネルギーを補完する優れた運転の柔軟性を示し、環境規制にも対応しながら、系統の不安定さを補うために、毎分65MWというランプアップ・ランプダウン性能を示すなど高い負荷変化に対応。

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み⑦

水素100%専焼技術を実現するために求められるのは、ガスタービンだけではない。水素の供給源の吟味、パイプラインを持たない日本への運搬の方法、原料物質から水素を取り出す技術の開発、その際に出るCO2の回収・貯留する技術。水素ネットワーク、電力ネットワーク。

水素燃焼技術とともに水素インフラの成熟が待たれるでつ。
「ガスタービンの効率を上げたからといって、全体の効率がよくなるわけではない」と谷村は水素活用の全体像を見据えるでつ

「国内では、海外で生産した水素を運び、燃料電池車や産業に利用することが想定。

一方、海外では製造時のCO2をCCSによって処理するシステムなど、水素供給の段階から、利用までの青写真が示されているでつ。

欧州は、既存の天然ガスパイプラインが発達しているというアドバンテージもあり、供給までを視野に入れた総合インフラとして、水素活用を進めているでつ。

ガスタービンを開発する技術者だからこそ、包括的な水素利用プランの必要性をビビッドに捉えているでつ。
パイプラインが発達していないわが国においては、水素運搬は大きな課題であることは間違いないでつ。

再生可能エネルギーや、石油、天然ガスから水素を取り出す構想があります。不安定とされる再生可能エネルギーを水素に変換しておけば、エネルギーの貯蔵・運搬ができるというメリットも大きいでつ。

今のところ、液体水素、メチルシクロヘキサン(MCH)またはアンモニア(NH3)の形で運ぶことが有力視されていますが、需要をさらに増やすことで、運搬のスケールメリットも出てくるはず。

ガスタービンの技術者は、生産から消費までを見据えるでつ

インフラ整備、多様な利用方法を含んだ水素利用ビジョンが必要。

例えば、技術的改良の必要がない水素20%混焼、出力50万kW、効率60%のガスタービンで使用される水素の量は、1.4t /h。

これは、燃料電池車10~13万台の水素使用量にあたる数字。

水素利用を本気で進めるのであれば、水素を使用するタービンを積極的に増やすなど、スピード感を持って水素インフラを拡充させることが絶対に必要。

そのためにも、水素ガスタービンは、来たる水素社会を牽引するはずでつ。

人類が「火」を手にし、意識的に使用してからすでに50万年の時を経たでつ

ついに、CO2フリーの燃焼を手に入れ、社会を支えるエネルギーとする時が来るでつ。

2023年 水素100%専焼技術 完成へ

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み⑥

1kWhの電気を発電したときのCO2排出量を示す排出原単位は次のような値。

一般的な石炭火力発電: 863g-CO2 /kWh

超々臨界圧石炭火力発電(USC): 820g-CO2 /kWh

ガスタービン・コンバインドサイクル発電(GTCC): 340g-CO2 /kWh

水素30%混焼ガスタービン: 305g-CO2 /kWh

 

そして、0 へ。

水素30%混焼ガスタービン開発に成功した今、谷村が挑むのは、CO2ゼロの火力発電、水素100%専焼技術。

だが、水素が高濃度になれば、逆火の危険度は高まるでつ。

さらにNOxも増えてしまうでつ。

水素専焼向け燃焼器は、水素と空気を効率よく混ぜ、安定的に燃焼させる技術が不可欠。

水素と空気の混合にも、重要な条件があるでつ。

水素、空気は広い空間では混ざりにくい。旋回流を使ってよく混ぜようとすると、比較的大きな空間を要するのでつ。

このことが、逆火の危険性を高めてしまうでつ。

短い時間で混合するためには、できるだけ狭い空間で混ぜなければならないでつ。

だけど、これでもまた、燃料の吹き出し口と、火炎の距離がより近くなり、逆火が起こりやすくなってしまうでつ。

さて、どうするか。

そこで考えたのが、火炎を分散し、より細かく、小さく燃料を吹き出す方法。

そのカギとなる技術が、燃料供給ノズル。

通常8本のところを、より数多くのノズルのついたマルチクラスタ燃焼器を改良設計。

1本のノズルの孔を小さくし、空気を送るとともに、そこに水素を吹いて混合するという方法を採用。

この方法だと旋回流を利用しないため、より小さなスケールで混合でき、低NOx燃焼も実現。
まさに優秀だが扱いにくい水素。

ノズルの改良による混合方式に関する発想の転換。

厳しい条件と戦う技術者の現場での対応でつなぁ~

天然ガス焚きコージェネ設備 加社向け受注内定

カナダの総合エネルギー企業のサンコー・エナジーからJ形ガスタービンシリーズの最新機種「M501JAC形」2基を中核とした出力80万キロワット級の天然ガス焚きコージェネレーション(熱電併給)設備の受注。

運転開始は2022年後半

同国アルバータ州のオイルサンド製油所の石油抽出プロセスに蒸気を供給し、外販用電力を発電。

既存の石油コークス焚きボイラ設備と置き換え、地球環境負荷を低減。

排熱回収ボイラ、発電機などを2系列供給。

ガスタービンは高砂工場(兵庫県高砂市)で本体部品や補機を製作し、米生産拠点のサバンナ工場(ジョージア州)で組み立て。

発電機は三菱電機製を採用。

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み⑤

さらに立ちはだかるのは「燃焼振動」。

燃焼器内は1,600℃の高温になるが、非常に高い熱負荷を与えられた燃焼器の筒は、自身が持つ特定の音響固有値によって非常に大きい音を発することが分かっているでつ。

これが燃焼振動という現象。

音の振動が燃焼により生じる火炎の振動と一致すると、増幅して非常に大きな力が発生。

特に短い区間で燃焼する水素では、炎と振動が一致しやすくなり、燃焼振動を起こしやすいでつ。
かなりの音なのだろうか?
『うるさい』なんてものではないでつ。

ひとたび燃焼振動が起こったら、燃焼器が一気に破壊。
ごう音とともに燃焼器を破壊する、燃焼振動。

これを避けるため、燃料の燃える位置、燃やし方を工夫するほか、吸音装置を設置するなどの工夫を重ねているでつ。

これら、ひとつひとつの現象を抑え、条件を満たしながら、メンテナンス性能を上げ、設備全体の性能を向上させつつ、設備の寿命をも長くすることが求められているでつ。

燃料供給のためのノズルの形状と材質の最適化、燃焼器の素材と形状、しゃ熱セラミックスコーティングの材質や粒径の工夫など、最良の素材、最良の形状、最良の組み合わせを見つけ、それらを積み重ねていく試行錯誤こそが、CO2フリーの発電システム、そしてカーボンフリー社会の実現を着実に手繰り寄せるでつ。

ガスタービンユーザーである発電事業者にとって大切なのは、安全、安定供給、そしてコスト。

燃料が安定的に供給されることはもちろん、故障が起こらないこと、定期点検のインターバルが長いこと、運転コストが低いことは、電力安定供給の必須条件。
分速3,600回もの高速回転を、年間8,000時間以上連続するという過酷な条件下で3年間運転させ、故障を起こさないという強靱さが求められるガスタービン。

LNGのみでも発電が可能で一時的に水素の供給が途絶えても発電を継続するフレキシビリティが、ユーザーにとって大きなメリットであることに間違いでつ。
燃料供給や価格の変動にも対応でき、減肉、摩耗、振動に強い水素ガスタービンは、多くの技術の結集によって、その回転から輝きを放つでつ。

 

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み④

原子番号1。

だれもが最初に覚え、もっとも軽い元素である水素。燃えるときに出るのは水だけ、というクリーンさ。

だけど、クリーンであるという利点とは裏腹に、扱いにくい物質。

激しく燃えることから、爆発のイメージがつきまとうでつ。

燃焼性が高く静電気程度のエネルギーが加わると着火する、燃焼範囲も広い。

燃焼性が高い水素ならではの難しさがあるというわけ。

そのため、水素30%混焼を実現するためには、技術者は多くの課題をクリアしなければならないでつ。

水素20%混焼ならば、既存のガスタービンをそのまま使うことが可能。

だけど、30%混焼は、ガスタービン設計者にとっては、大きなチャレンジ。

燃焼特性を理解し、空気との混合、そのときの挙動などをコントロールしなければならないでつ。
優れた物質であっても、それをコントロールし、設備には耐久性を持たせ、品質の高い成果を継続的に得ることができなければ、それは技術とは言えないでつ。

その課題を解決するのがエンジニアなのでつ。

逆火。

燃焼振動。

そして、NOx。

これらが、水素30%混焼実現に立ちはだかる壁。

水素の特性と、水素と空気の混合に由来する、「逆火」。

逆火とは、燃焼器内の火炎が、投入される燃料を伝わって逆戻りしてしまう現象。

水素は速く燃えるため、逆火が起こりやすいでつ。

さらに燃料の混合方式も、逆火防止にとっての難題を与えることになるでつ

この技術では、燃料と空気をあらかじめ混合して燃焼器内に投入する「予混合燃焼」という方式を採用。

低NOx燃焼が可能なのだが、水素を含有した燃料は逆火を起こしやすいでつ

距離を十分に取ればより十分に混合することができるうえ、低NOxにもつながるでつが、それは逆火のリスクを高めることにつながってしまうでつ

そこで、スワラノズル(先の尖ったノズル)を改良。

ノズル中心部にできる低流速部分を消滅させることに成功し、逆火耐性を大きく向上。

燃焼器以外の場所で燃料が燃えることは絶対に避けなければならないでつ。

逆火を防止できなければ、水素ガスタービンの成功は難しいでつ。

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み③

私たちが取り組んでいるのが、水素ガスタービンの開発。

火力発電でありながら発電時にCO2を排出しない水素発電。

国の水素基本戦略では、2030年頃に水素発電の商用化を目指すことが掲げられているでつ。
だけど、この先10年余りで、水素発電の商用化は可能か。

技術開発に成功しても、発電所のリニューアルを実施できる事業者がどれだけ存在か。

リニューアルの予定があるところから水素発電設備を入れたとしても、たったの10年では、水素発電への転換は進まないでつ。

そこでわれわれは、既存のガスタービン設備を使って水素発電ができるシステムを考えたでつ。

ガス火力の燃料であるLNGに水素を30%混ぜ使用することができるガスタービン用燃焼器の開発に成功。

水素の燃焼により懸念されるNOxの排出も、既存のガス火力レベルに抑制。

70万kW相当(タービン入り口の温度1,600℃)の出力に対応できる技術で、従来のコンバインドサイクル型ガス火力(GTCC)と比較し、発電時のCO2 排出を約10%削減。

この技術は、燃焼器以外の発電設備の大規模なリニューアルを必要としないでつ。

水素転換へのコストとハードルを下げ、水素社会へのスムーズなシフトを促すという戦略。

だけど、既存の設備に水素を混ぜることは簡単なことか? 

混合、燃焼、水素の性質と挙動。それらに起因するLNGとは異なる条件があるはず。

水素混焼技術とはどのようなものか。

技術的ブレークスルーは? そしてその次の一手は? 水素との戦いの軌跡を見てみるでつ。

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み②

電力は産業の要。

需要があれば供給するのが電力会社であり、電気を作るために必要となるのが発電設備。

一方、CO2を排出する発電に対する社会の目は年々厳しくなっているでつ。

電力はほしい、しかしCO2は出したくない。

ならば、CO2ゼロの火力発電に挑戦するのが、技術者の使命でつ。

日本の一次エネルギーの主な変換先は電力で、実に全体の43%を占めるでつ。

そして、電力の燃料別供給量割合は、LNG44%、石油等9%、石炭32%と、火力発電が85%を占めているでつ(2015年現在)。

エネルギーの選択肢が着実に増える中で、今なお、その多くを担っているのが火力発電。
「従来から化石燃料を使用する火力発電は、技術革新による高効率化などによってCO2削減の努力を続けてきたでつ。

最新のコンバインドサイクル型ガス火力(GTCC)のCO2排出量は、石炭火力の半分以下。

だけど、ガス火力もCO2を排出していることには変わりはないでつ。

その事実から目を背けることはできないでつ。

技術者だからこそ、世界の課題、そして期待には敏感。

旺盛なエネルギー需要とCO2削減。

このアンビバレントで高い要求に、技術者は応えなければならないでつ。

大型水素ガスタービンの実用化へ向けた取り組み①

水素。
原子番号1。
誰もが最初に覚える元素。
水の惑星 地球において、生物に不可欠な水を構成し、宇宙でもっとも豊富に存在し、もっとも軽く、速く拡散し、そして燃えるでつ。

「燃える」は文明の基である。エネルギーを生み出す根源となるから。
エネルギーは人々の生活に密接に関わり、国や国際社会の中でも最重要課題。
同時に、CO2削減方針は国際的に明確に示されているでつ

それゆえ、エネルギーの世界は今、大きな転換期を迎えているでつ

再生可能エネルギー等のエネルギーソースの多様化と新時代のベストミックス。
スマートグリッドに代表されるスマート発送電の革命。

水素は燃焼においてCO2を排出しない、クリーンなエネルギー。
IT化の加速、途上国の経済発展と、今後、更に増加が見込まれる世界の電力需要で水素発電は、そのクリーンさと豊富な存在ゆえ、有力な選択肢。

激しく燃える水素をコントロールし、最大限に活用する水素発電。
技術開発は国家レベルで開発競争が行われ、多くの課題に技術者達が挑むでつ

水素発電を軸として、エネルギーの未来をこのサイトでは模索していきたいでつ

 

工場向けエネルギーソリューションENERGY CLOUD Factory®の提供を開始エネルギーの有効利用と三菱重工グループのモノ創りノウハウをパッケージ化

独自のAI・IoT技術(注)を活用した工場向けエネルギーソリューション「ENERGY CLOUD Factory®(エナジークラウドファクトリー)」の提供を開始し、先行して実証向けに導入した三菱重工航空エンジン株式会社の本社工場(愛知県小牧市)で得られた成果を反映させ、このほど三菱日立パワーシステムズ(MHPS)の高砂工場(兵庫県高砂市)への展開を開始。

ENERGY CLOUD Factory®は、三菱重工業が提供する総合的なエネルギーソリューションサービスであるENERGY CLOUD®Service (エナジークラウドサービス) の工場向けパッケージ。

その特徴は、独自開発した設備稼働データ取集システム「Netmation eFinder®(ネットメーションイーファインダー)」で取得したデータにもとづき、生産設備の稼働率やエネルギー消費量を見える化するとともに、生産プロセスにおける生産性とエネルギー消費の指標を融合させた独自の新たなKPI (Key Performance Indicator:重要業績評価指標) として設定した「ENERGY CLOUD® Score (エナジークラウドスコア)」により工場の総合的なパフォーマンス評価を可能にすること。

さらに、独自のAI技術により将来の工場パフォーマンスを予測し、予防保全や操業最適化など工場管理の高度化にもつなげることが期待。

一方で、MHPS高砂工場では、1997年に完成したガスタービン複合サイクル発電プラント実証設備(通称:T地点) での実証試験、1999年に完成した遠隔監視センターでの発電設備のモニタリングなど、長年にわたる経験と実績に裏打ちされた最先端のデジタライゼーションを実現。

これらとENERGY CLOUD Factory® を組み合わせ、例えば発電設備の設計・製造から発電設備の運用まで一貫した低コスト化や省エネ化が達成可能な最先端の工場を目指すでつ。

高砂工場に代表される大型受注品工場をはじめ、ロケット、航空機から各種プラント、家庭用エアコンやターボチャージャなどの量産品まで多様な生産品とそれに伴う幅広い工場運営のノウハウを蓄積。

三菱重工業は、これらの知見と総合力を強みとして、三菱重工グループならではのAI・IoT技術を活用した工場向けエネルギーソリューションを提供し、引き続きエネルギーに関する様々な課題の解決に取り組んでいくでつ。

 

次期戦闘機、離陸なるか国産エンジン IHIの先端技術

航空自衛隊の次期戦闘機への採用を想定した最先端エンジン「XF9」を防衛装備庁に納入。

パワーを示す推力は15トンで、性能は世界最強の米空軍の『F22』のエンジンに匹敵。

日本は戦時中に米国もつくれなかったジェット機の実用化にこぎ着けながら、戦後に開発を禁じられたでつ。

技術を引き継いだIHIが、70年あまりを経て素材の力で欧米との差を埋めつつあるでつ。

防衛装備庁の発注を受けてIHIが約5年かけて試作・研究してきたXF9エンジンは今、米軍の横田基地に隣接する瑞穂工場で厳重な管理のもと、運用を想定した試験を続けているでつ。

目標は防衛省が2030年をメドに導入する次期主力戦闘機(FX)への採用。

日本主導によるFXの開発・製造は防衛・航空技術者の悲願だけど、実績のある米国製の戦闘機を導入すべきだとの声も根強い。

日本の主力戦闘機は米プラット・アンド・ホイットニー(P&W)など欧米メーカーのエンジンを採用。

悲願の実現には戦闘機の核となるエンジンで欧米製と同等以上の技術力を示すことが必須。

戦闘機用エンジンの開発ではP&Wや米ゼネラル・エレクトリック(GE)、英ロールス・ロイスが先頭を走るでつ。

XF9の推力はエンジンの噴気ガスに燃料を噴射する「アフターバーナー」使用時で15トン。

同等の出力を出せたのは米国とロシアだけで、欧州の最新エンジンをもしのぐでつ。

FXの開発に名乗りを上げている米ロッキード・マーチンもFX9エンジンの採用に言及。

ついに第2の「零戦」が実現する――。そんな期待が高まっているでつ。

戦闘機用のエンジンは機内に兵装用の空間を確保するためにコンパクトかつ大出力が条件で、内部の高圧タービンの入り口部分でのガスの温度を理論上の最高値である1800度に高めるでつ。

高温高圧でも変形・変質しない部品を造るには素材から開発しなければならないでつ。

自社で開発してきたIHIは主に3つの先端技術を投入したでつ。

1つは単結晶超合金。

1800度の燃焼ガスの圧力を受け止め、回転力に替えるタービンのブレード(羽根)などに使っているでつ。

ニッケルに複数の微量添加物を加えた金属の分子を遠心力が掛かる方向で結晶にし、耐熱・耐圧強度を高めるでつ。

ブレードは内部に冷却のための通風孔をくりぬいた複雑な構造。

金属を結晶化しつつ1枚ずつ精密に鋳造する技術は世界でもIHIだけ。

2つ目はセラミックス複合材。高い耐熱強度を持つ炭化ケイ素繊維は宇部興産と日本カーボンが開発で先行。

IHIはこの繊維を3次元に織って骨組み。

割れやすさを克服でき、初めてタービン付近の部品に採用。

3つ目がポリマーマトリックス複合材だ。強度を保ちつつ軽くでき、民間機用エンジンやH2ロケットの開発で培ったでつ。

民間用ではエンジンを覆うファンケースに使っているでつ。

音速を超える戦闘機では外気でファンの温度が格段に高くなるため、ガスの入り口付近の部品に使っているでつ。

最先端のスーパーコンピューターも後押し。

航空宇宙技術研究所(現JAXA)のスパコンを連日借り、エンジン内の複雑な空気の流れを計算。

GEなどを上回る精度の予測を連発。

ジェットエンジンの技術は素材や設計力で世界トップ級に並びつつあるでつ。

だが何百種類もの戦闘機を開発し、膨大なデータを持つ欧米勢に対し、日本には戦闘機の実運用の経験がないでつ。

実用に近づけるには試験と改善の繰り返しが必要。

次期戦闘機の選定が佳境を迎えるなかで技術力を示したエンジンを納入したことで「日本の交渉カードが増えた」との見方も出るでつ。

日本の技術力を結集したエンジンの音が空に響く日は近いかも。

IHIは先行する欧米勢の特許に触れるのを避けながら素材の技術を磨いてきたでつ。

血へどを吐きながらやってきた。知恵と努力の結晶というしかない。

すべての原点といえる日本初のジェットエンジン「ネ20」はJR青梅線昭島駅前のIHIの資料館に日本で唯一現存。

終戦間際の1945年8月、日本初のジェット戦闘機「橘花(きっか)」に搭載し、初飛行に成功。

後にIHIがドイツの断片的な情報から8カ月で組み立てたでつ。

推力は0.47トン、燃焼温度は700度とXF9とは比べようもないでつが、ドイツ、英国に続いて実用に耐えるジェットエンジンを完成。

GHQ(連合国軍総司令部)が航空機関連の研究開発を日本に禁じ、資料は破棄されたでつ。

この措置は52年まで7年間続き、技術の格差は埋めがたいほどに広がったでつ。

20年の差があるという人もいたと80年代前半の状況をこう話すでつ。

IHIは米国製のF15戦闘機用エンジンをライセンス生産しながら、国産のT4練習機用のF3エンジンを開発。

タービンを見て、なぜこの向きに冷却用の穴があるのか。分からないことばかりだったでつ。

米国はライセンス供与の枠を広げたでつが、同じ物をつくって性能を確かめる「逆解析」は厳禁。

問題の解決策は教えてもらえても、その理由は教えてくれなかったでつ。

80年代後半の次期戦闘機(現在のF2)の選定で風向きが変わるでつ。

エンジンの開発力の決定的な差から日本は米国主導の共同開発を選ばざるを得なくなったでつ。

エンジンの技術力を磨かねばならないとの意識が強まり、政府も毎年数十億円の研究予算をつけるようになったでつ。

国産のステルス戦闘機の実験機「X2」に搭載した「XF5」や国産のP1哨戒機用エンジン「F7」が生まれ、XF9につながったでつ。

戦闘機エンジン、平和利用のために活躍してほしいでつ。

国内の産業用非再熱火力設備事業全体をMHPS-IDSに移管機動性に富み小回りの利く組織で“ホームドクター”を目指す

国内の火力設備事業のうち蒸気を再加熱しない産業用の非再熱(注)火力設備事業全体を、2019年1月1日付で当社100%出資の三菱日立パワーシステムズインダストリー株式会社(MHPS-IDS、社長:牧浦 秀治、本社:横浜市中区)に吸収分割契約により移管する方針を決定しました。産業用顧客の様々な課題解決に向けたソリューション提供において、MHPS-IDSの機動性を活用していくのが狙いです。

 産業用火力設備は、製鉄所や化学工場の副生ガス、製油所の石油残渣、製紙工場の廃液などを燃料とするボイラーとタービン発電機などの機器で構成されます。これらには高度成長期の1970年代から稼働しているものが多く、顧客が設備を運用するにあたっても、老朽化、環境対応、エネルギーバランスの最適化、ベテランの退職などの課題を解決する必要性が高まっています。また、CO2削減の世界的な広がりを受けて、環境負荷の低いバイオマス火力設備の需要が高まっており、多数の建設計画があります。

 当社はこうした状況を踏まえ、非再熱火力設備を対象とした国内中小型産業用事業のEPC(設計・調達・建設)遂行機能を2017年度にMHPS-IDSに移管し、同社との共同事業化を実施。今回、さらにMHPS-IDS の担当範囲を受注営業から納入後のサービスまで広げて、迅速な取りまとめ能力とトータルソリューション機能を強化し、“ホームドクター”として多様な顧客ニーズに的確に応えていきます。

 MHPSは、エネルギーに関わる課題解決の手段として、AI(人工知能)・IoT(モノのインターネット)を駆使したMHPS-TOMONI®などのデジタルソリューションや、火力設備に関連する様々な機器・新技術を組み合わせた提案を進めています。事業移管後もMHPS-IDSのホームドクター機能とあわせて、MHPSグループとして産業用火力設備を保有する顧客の様々な課題を解決していきます。

  • 非再熱サイクルは、再熱サイクルに対置される方式です。再熱サイクルとは、高圧タービンから出た蒸気をボイラーの再熱器で熱して、次の中低圧タービンに送る仕組みで、再熱しない方式が非再熱サイクルです。多種・多様な燃料を利用するとともに、蒸気と熱を生産プロセスに利用する産業用コージェネレーション設備では、経済効率が高く地球環境にも優しい非再熱サイクルの火力設備が多く導入

自社開発の発電出力100MW級コンバインドサイクル発電プラントの建設工事を初受注

KHI製ガスタービンの最大出力機種である30MW級の純国産高効率ガスタービン「L30A」を用いた自社開発の100MW級コンバインドサイクル発電プラント(以下、CCPP)の建設工事を初受注。

鹿島南共同発電は、鹿島東部コンビナートのエネルギーセンターである鹿島南共同発電所の運営を行う会社で、周辺工場に電気と蒸気を供給。

今回の受注は、主要機器である「L30A」ガスタービン3基、排熱回収ボイラ3基および蒸気タービン1基が、全て当社製で構成される発電出力107MWのCCPPを茨城県神栖市に建設するもので、周辺工場からの需要に応じて電気と蒸気をフレキシブルに供給可能なコージェネレーション設備としての機能を併せ持つシステムを採用。
プラント全体の設計、ガスタービン、蒸気タービン、排熱回収ボイラの供給、据付および土木建築からなる建設工事一式をフルターンキー方式で請け負い、2020年夏頃の運転開始を予定。

世界の電力使用量は、経済発展が著しい東南アジアを中心に増加していくとともに、従来の天然ガス産出に加えて、米国以外の新たなシェールガス供給国の増加も期待され、これに伴い分散電源として高効率のガス火力発電所の建設需要は拡大。

なかでも、出力が不安定な再生可能エネルギーの利用拡大などを背景に、新規導入や設備更新が進む分散型発電市場においては、高効率な設備や優れた負荷応答性への要求が顕著。

標準CCPPの発電効率は、世界最高水準となる55.2%(100MW級、再熱式)を達成しており、それらの市場ニーズに応えるでつ。

本年4月にエネルギー関連事業の強化・シナジー効果の促進を図るため、エネルギー機器の開発、設計、製造を手掛ける部門とプラントエンジニアリング部門を統合する組織改編。

その成果である今回の受注を契機として、これまでエネルギー分野で培ってきた技術やノウハウの結集を加速し、さらなる製品技術力の向上とプラントエンジニアリング力の強化に積極的に取り組み、エネルギー関連事業をグローバルに展開。

 

再熱式CCPP 蒸気タービンの途中段から蒸気を取り出して排熱回収ボイラの再熱器で再加熱し、蒸気タービンへ戻すことで出力の向上を図ったもの。

【今回受注したCCPPの仕様】

  ガスタービン発電設備   97MW(L30A×3基)
  蒸気タービン発電設備 10MW(1基)
  総発電出力 107MW
  排熱回収ボイラ蒸発量 合計138t/h

ロケットエンジンは…

2020年度の打ち上げを目指す次期主力ロケット「H3」の心臓部となる主エンジンの開発がヤマ場を迎えている。基本的な動作を確かめる燃焼試験が終わり、近く性能や寿命などを見極める本格的な試験に移る。海外勢も次世代ロケットの投入を控えており、開発の成否は日本の宇宙産業の行方を左右。

種子島宇宙センター(鹿児島県)内の細い山道を進むと、小高い丘の上に巨大なサイロのような建物が見えた。H3ロケットの主エンジン「LE―9」の燃焼試験場だ。鋼鉄のやぐらにLE―9を据えつけている。

 

 動作を確認する初期の燃焼試験を終えた。今冬にもフル出力で耐久性などを試す試験に移る。試験データをもとに、改良を加える作業を来春まで繰り返す。その後、ロケットに積むエンジンを仕上げ、20年度の初打ち上げを目指す。

H3は現在の主力ロケット「H2A」の後継だ。同機の原型で1994年に運用を始めた「H2」以来の本格開発となる。100億円とされる打ち上げ費用の半減を目標に掲げ、世界の潮流に遅れた日本のロケット技術を世界の第一線に引き戻す役割を担う。

 主エンジンはロケットを宇宙に飛ばすのに欠かせない。十万を超す部品を組み合わせて作り、高い精度と耐久性が求められる。

 エンジン開発には「魔物が潜む」といわれ、燃焼試験に入ってトラブルが相次ぐことが多い。H2では予期せぬ事故に何度も見舞われ、完成が2年遅れた。今回の燃焼実験で一部の部品に強度不足が見つかったが、大きなトラブルはなかった。

 LE―9の最大の特徴は独自開発の燃焼方式を採用し、H2Aよりも構造を単純化したことだ。故障や想定外の状況に強く、部品の数が2割減った。燃焼ガスを送り出す量を増やし、ロケットを持ち上げる出力を4割増やした。開発の手法も、組み立てる前に要素技術をシミュレーションして性能を確かめ、問題点をつぶす方式に変えた。実験による試行錯誤が減って開発スピードの向上とコスト削減につながる。

 H3が初打ち上げを目指す20年ごろ、各国は次世代ロケットを投入する。H3と同様にコスト半減を目指すフランスのアリアン6は製造体制を刷新し、受注から打ち上げまでに要する期間を3分の1に短縮した。ロシアのアンガラは複数の機種で同じ機材を使えるように共通化した。すでに試験飛行に成功し、一歩リードしている状況だ。

 

 世界の衛星打ち上げビジネスの競争が激化する中で、H3は受注を拡大できるのか。LE―9の開発の進捗によって変わってくる。

中国東方電気集団および四川省投資集団とのMOU(覚書)に調印最新鋭の天然ガス焚き発電設備建設に向けた連携強化を確認

中国東方電気集団有限公司および四川省投資集団有限責任公司との3社で、四川省投資集団が同省で計画する火力発電所に最新鋭のJ形ガスタービンを採用するモデルプロジェクトについて、都内において四川省の省長立ち会いの下、MOU(覚書)に調印しました。MHPSは、東方電気集団と2003年以来大型ガスタービンのライセンス供与を順次拡充してきており、今回の連携強化は高効率機種に対する需要が一層高まる中国のガスタービン市場の中で重要な位置を占める東方電気集団および四川省投資集団との関係を深め、四川省の発展に一層貢献していくのが狙いです。

 J形ガスタービンは、MHPSの最新鋭・高効率ガスタービンで、環境負荷低減のために高効率ガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電の導入を進めている四川省政府の方針に適した機器です。今回合意されたMOUに基づき、MHPSは、東方電気集団がJ形ガスタービンを製造するための体制整備に向け、技術支援します。

 東方電気集団は、四川省に本拠を構え中国中央政府の管理監督を受ける有力国有企業(中央企業)です。東方電気集団のグループ会社である東方タービン(東方汽輪機有限公司:Dongfang Turbine Co., Ltd.)は、MHPSのライセンシーとしてこれまで70基以上の大型ガスタービンを受注。本年3月には当社が東方電気集団との協業を強化する目的で、成都市内にMHPS成都イノベーションセンターを開設し、両社共同で現地の発電設備新設・改修計画などへの提案・サポート活動や現地調達業務の支援を手掛けています。また、当社と東方タービンは、2004年に合弁で設立した三菱重工東方燃汽輪機(広州)有限公司(Mitsubishi Heavy Industries Dongfang Gas Turbine (Guangzhou) Co., Ltd.)を活用し、中国国内の顧客に迅速に対応できるアフターサービスを提供しています。

 MHPSは今後も、東方電気集団とともに、伸張を続ける中国ガスタービン市場におけるシェア拡大に努め、同国のエネルギー効率向上や環境負荷低減、地域経済・産業振興などに協力

微粉炭・バイオマス火力発電所においてMHPS-TOMONI®の運用を開始福島県・相馬エネルギーパークの火力発電設備全体へ適用

微粉炭・バイオマス混焼火力発電所の「相馬エネルギーパーク」(福島県相馬市)で、火力発電設備の運転を最適化する最先端技術を適用したデジタルソリューションサービス「MHPS-TOMONI®」の運用を開始しました。これにより同発電設備における運用および保守(O&M)の高度化や自動自律運転を目指したデータ収集・解析法の開発を進め、安定稼働・運用性の向上を実現するICT(情報通信技術)アプリケーションをさらに充実させていきます。

 同発電設備の出力は11.2万kWで、相馬エネルギーパーク合同会社が運営。当社が石炭バイオマス混焼ボイラー、蒸気タービン、排煙脱硝装置ならびに脱硫装置などを製作・供給して、本年3月に竣工(注)したものです。

 MHPS-TOMONIには、遠隔監視、異常予兆・早期検知、余寿命診断、設備運用状況・効率監視、機器の最適運用ガイダンス、水質診断、補機電流診断などのICTアプリケーションがあります。これらを微粉炭およびバイオマスを混焼させる同発電設備向けに組み合わせ、さらに脱硝触媒装置の余寿命診断、排煙脱硫装置や電気集じん機の運転監視などを加え、発電設備全体へのICTアプリケーションを提供します。

 中長期的には、相馬エネルギーパークに求められる仕様や機能について相馬エネルギーパーク合同会社と緊密に連携しながら、各種アプリケーションを拡張していきます。MHPS-TOMONIの適用により、定期点検間隔の延長を含めたO&Mの最適化、設備の運用改善・性能向上を実現し、全体効率や運用資源の最適化につなげていくことが期待されます。

 MHPSは、今後もMHPS-TOMONIの適用拡大をはかり、顧客と一層緊密に連携しながら発電設備の運用最適化を追求することにより、発電所の経済性を高めて顧客の収益力の向上に寄与するとともに、社会の発展に貢献していきます。

  • 同発電設備では、10万kW級の大規模微粉炭焚き火力発電設備としては、定格負荷では国内初となる34%前後のバイオマス混焼を、竣工に先立つ試運転段階において実現しました。

ベトナム北部の総出力133万kW級火力発電所建設プロジェクトに参画ギソン2(Nghi Son II)向けで蒸気タービン発電設備2系列を受注

丸紅株式会社と韓国電力公社(KEPCO)がベトナム北部のタインホア(Thanh Hoa)省で進めるギソン2(Nghi Son II)火力発電所の建設プロジェクト向けに、蒸気タービン発電設備2系列を受注しました。総出力133万kWで、同国の経済成長促進および国際競争力強化を電力供給面から支えるものです。2022年の完成・運転開始を予定しています。

 同発電所は、首都ハノイの南方約200kmの臨海部に位置するギソン地区に建設されます。丸紅とKEPCOの折半出資による特別目的会社(SPC)が運営。当社は、同SPCから設計・調達を発注された韓国の斗山重工業(Doosan Heavy Industries & Construction)を通じて受注しました。

 同発電設備は、石炭焚き超臨界圧ボイラー、蒸気タービン、ならびに発電機を中心に構成されます。当社は、高効率蒸気タービン、発電機それぞれ2基と、関連機器を供給します。

 ベトナムでは、2016年に政府が公表した国家電源開発計画「第7次電力マスタープラン改訂版」に基づき、2016年から2030年までに約5,500万kWの新規火力発電案件が計画されおり、高効率の火力発電設備が求められています。今回の案件もこうした動向を受けたもので、当社がこれまでベトナムで手掛けてきた火力発電案件の実績に対する高い評価が受注につながりました。

 MHPSは引き続き、2016年11月に設置したハノイ駐在事務所を情報の収集・発信拠点として、ベトナムの旺盛な電力需要にきめ細かく対応し、同国の経済発展に不可欠な電力の安定供給に寄与していくとともに、高効率の発電技術を提供することで、エネルギーの低炭素化を促進し地球環境の保全

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用⑩

 Turow 発電所に適用した褐炭焚き USC 高効率技術について紹介したでつ。

ポーランドを中心とした東欧地域では,褐炭が豊富に産出され,褐炭焚き火力発電所への期 待は高いでつ。

だけど同時に,近年の環境意識の高まりから,一段の高効率技術が求められる状況。

長年,USC 高効率技術の開発に取り組んできたでつが引き続き,技術の開発に努め,エ ネルギー資源の活用と地球環境保全に貢献していくでつ。

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用⑨

(1) 高圧熱回収系統 高圧熱回収加熱器通水流量は,プラント負荷に依存した関数で制御目標値を設定し,ボイ ラ給水ポンプ出口に設置した3方流量調節弁で制御。

(2) 低圧熱回収系統 低圧熱回収加熱器通水流量は,低圧熱回収加熱器通水温度が制御目標値になるように制御。

熱回収後,ボイラ排ガスは温度が低下。

酸露点以下になると排ガス中の SO2 が 析出して,下流のダクト,電気集塵機に腐食を発生させるおそれがあるため,a)低圧熱回収加 熱器下流(誘引通風機(IDファン)出口)の排ガス中 SO2濃度を計測,b)SO2濃度に依存した関 数で低圧熱回収加熱器通水温度の目標値を設定,c)通水温度が目標値になるように流量調 節弁で制御することで,熱回収加熱器出口排ガス温度を適切なレンジ内に保つでつ。

また,低圧熱回収加熱器通水量は,プラント負荷に依存した制御目標値を持ち,ボイラ火炉 汚損度や石炭性状,大気条件による排ガス熱量変化等により,低圧熱回収加熱器通水量と目 標値に偏差が生じた場合は,高圧熱回収加熱器通水量を補正して,ボイラ排ガス熱回収設備 全体(高圧/低圧)の熱回収量を調節できるようにしているでつ。

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用⑧

(1) 高圧熱回収系統(水側) 高圧熱回収加熱器は,高圧給水加熱器及びドライヒータと並列に設置。

3方流量調節 弁でボイラ給水ポンプ出口給水の一部を分岐し,高圧熱回収加熱器を経て給水系統へ戻す 構成。

(2) 低圧熱回収系統(水側) 低圧熱回収加熱器は,最終低圧給水加熱器後の復水系統と並列に設置。

最終低圧 給水加熱器出口復水の一部を分岐後,昇圧ポンプ(低圧熱回収加熱器出口復水のフラッシュ を防止),低圧熱回収加熱器,流量調節弁を経て脱気器へ戻す構成。

また,ボイラ 排ガスとの熱交換で温められた低圧熱回収加熱器出口復水の一部を入口に戻す循環ポンプ を設置することで,ボイラ排ガス温度の低下に伴う SO2析出を防止。

(3) 高圧/低圧熱回収系統(ガス側) 高圧/低圧熱回収加熱器は,節炭器下流の排ガス系統に空気予熱器と並列に設置。

ボイラ排ガスの一部を分岐し,高圧熱回収加熱器,低圧熱回収加熱器の順にタービン給水・ 復水と熱交換。

熱交換後,空気予熱器を通過した排ガスと合流させ,電気集塵機へと導 く構成。 

インドネシア国営電力会社のJawa-2天然ガス焚き2号発電設備が運転開始6月稼働の1号設備に続き予定より早く引き渡し

インドネシアの国営電力会社であるPT. PLN(Persero)(PLN社)がジャワ島のタンジュンプリオク(Tanjung Priok)発電所内で“Jawa-2プロジェクト”として建設している天然ガス焚きガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電施設の2号設備について予定より早く工事を完了、同設備は7月18日に運転を開始。

総出力88万kWのうち、本年6月から稼働している1号設備と同じく出力約30万kWのガスタービンが単独(シンプルサイクル)で稼働したもの。1号設備に続いて納期前倒しでの引き渡しを実現。

Jawa-2プロジェクトは、GTCC発電施設を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するプロジェクト。

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とフルターンキー契約で受注

M701F形ガスタービン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。

発電機は三菱電機株式会社製を採用。

2019年には、回収した排熱を利用して蒸気タービンでも発電するGTCC方式での運転を開始する予定。

大型ガスタービンで同国内トップシェアを誇っており、今回の運転開始で同国内における発電事業者向けの当社納入設備の総発電能力は12GWとなったでつ。

これまでおよそ50年にわたり同国の電力供給を支えてきた実績のもと、Jawa-2プロジェクトについても顧客満足の向上に全力を挙げて取り組んでいるでつ。

今後もより一層インドネシア電力市場におけるプレゼンスの向上を目指すとともに、高効率発電設備の普及を通じ、エネルギーの低炭素化を促進し、地球環境の保全に貢献するでつ。

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用⑦

図3に,Turow 発電所で採用したボイラ排ガス熱回収設備の概略系統構成を示すでつ。

ボイラ排ガ ス熱回収設備は,

1) 高圧熱回収系統:ボイラ給水ポンプ出口給水の一部を分岐してボイラ排ガスと熱交換

2) 低圧熱回収系統:最終低圧給水加熱器出口復水の一部を分岐してボイラ排ガスと熱交換 の2つの熱回収系統から成り立っているでつ。

 ボイラ排ガス熱量を給水・復水加熱サイクルに回収することで,プラント効率を向上させるでつ。

(1) 高圧熱回収系統(水側) 高圧熱回収加熱器は,高圧給水加熱器及びドライヒータと並列に設置されるでつ。

3方流量調節 弁でボイラ給水ポンプ出口給水の一部を分岐し,高圧熱回収加熱器を経て給水系統へ戻す 構成。

(2) 低圧熱回収系統(水側) 低圧熱回収加熱器は,最終低圧給水加熱器後の復水系統と並列に設置。

最終低圧 給水加熱器出口復水の一部を分岐後,昇圧ポンプ(低圧熱回収加熱器出口復水のフラッシュ を防止),低圧熱回収加熱器,流量調節弁を経て脱気器へ戻す構成。

また,ボイラ 排ガスとの熱交換で温められた低圧熱回収加熱器出口復水の一部を入口に戻す循環ポンプ を設置することで,ボイラ排ガス温度の低下に伴う SO2析出を防止。

(3) 高圧/低圧熱回収系統(ガス側) 高圧/低圧熱回収加熱器は,節炭器下流の排ガス系統に空気予熱器と並列に設置。

ボイラ排ガスの一部を分岐し,高圧熱回収加熱器,低圧熱回収加熱器の順にタービン給水・ 復水と熱交換させる。熱交換後,空気予熱器を通過した排ガスと合流させ,電気集塵機へと導 く構成。

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用⑥

褐炭は発熱量が低く,水分量が多い石炭。

そのため褐炭焚きボイラは同出力帯の瀝青 炭焚きボイラと比べ,燃焼ガス流量及び排ガス流量が多く,その体格も大きい。

通常,排ガス熱量 は燃焼用空気に熱回収してプラント効率向上に利用。

しかし,褐炭焚きボイラの場合,排ガス 熱量が燃焼用空気加熱に必要な熱量を上回るため,燃焼空気で回収しきれない余剰排ガス熱は煙道から大気へ放出されるでつ。

Turow 発電所では,従来の褐炭焚きボイラで利用できな かったこの余剰排ガス熱量をタービンプラント給水・復水で回収するボイラ排ガス熱回収設備を 設置し,発電サイクル内に取り込むことで,プラント効率の向上を図っているでつ。

以下,系統構成及び,運用方法の概要を説明するでつ。 

H-100形ガスタービンの換装工事で24日間の工期短縮を実現東京電力グループ富津火力発電所2号系列第4軸が対象

東京電力グループで火力発電・燃料事業を担う東京電力フュエル&パワー株式会社(東電FP、本社:東京都千代田区)が千葉県富津市の湾岸部で運営する富津火力発電所2号系列の発電設備換装工事で、このほど当初計画比で約15%となる24日間の工期短縮を実現。

定格出力12万kW級の高効率ガスタービンH-100形の入れ替えに際して、重量物の運搬効率化や試運転の段取り改善を推進。

通常180日間の設定期間を24日減らして、156日で完了したもの。

今回の成果を、H-100形の新規拡販、ならびに既存発電設備の稼働率向上ソリューション強化につなげていくでつ。

2号系列の換装工事は、7軸からなる定格出力112万kW(16万kW×7基)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)発電施設について、2016年2月からガスタービンならびに蒸気タービンの更新を順次実施しているもの。

24日の工期短縮は、このほど完工した最新の第4軸換装工事で達成。

これにより全7軸のうち5軸の換装が完了。

今回の換装により、第4軸の発電効率は47.2%から54.3%へ飛躍的に向上し、年間で燃料費を約13億円低減するとともにCO2排出量を約6万t削減できる見込み。

初軸の換装着手以来、東電FPの協力も仰ぎながら、工程短縮に向けてさまざまな工夫を採用。

特に、天井クレーン2基連結(改造)による重量物の一体吊り、試運転時の試験項目見直しなどが奏功し、新たな試みに対する熟練も手伝って、今回最大の効果を上げたもの。

初軸の換装着工から2年半が経過した現在、完工後の初軸は運転時間1万2,000時間、起動発停回数250回を突破しており、安定した運転を実現。

この高い安定・信頼性を踏まえ、今後は定期点検の間隔をさらに延伸することで、一層の保守コスト低減を実現するとともに、残り2軸の換装工事についても短期での完遂を目指でつ。

ヘビーデューティ型(注)の12万kW級2軸形ガスタービンであるH-100形は、2軸形のなかでは世界最大容量で、柔軟かつ機動的な運用で力を発揮。

加えて、起動時間が短く設置面積が少ない利点も、顧客から支持されています。今回、換装工期の短縮効果が加わったことにより、さらに高い市場競争力が見込。

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省エネシステムまで、火力発電向けフルレンジの製品群を有しており、発電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を的確に捉え対応しながら、電力の安定供給に寄与するとともに、エネルギーの低炭素化を促進し、地球環境の保全に貢献するでつ。

一定の出力を維持して長時間連続運転することを前提として設計されたガスタービンで、手入れしやすく低い保守頻度で済むことが特徴。

2018年上半期を通じてガスタービンの世界市場でシェア1位を獲得市場調査レポート(米国マッコイ・パワー・レポート)により明らかに

ガスタービンの世界市場で1位となるシェア40%を獲得
F形から最新J形までの大型ガスタービン市場ではシェア56%に

2018年の上半期(1月~6月)を通じて、ガスタービンの世界市場において最大シェアとなる40%を獲得。

有力市場調査レポートにより明らかとなったもの。

競争が激しいF形ガスタービンから最新モデルであるJ形までの大型ガスタービン市場では、56%のシェアを獲得。

ガスタービン入口温度が1,350℃級のF形、1,500℃級のG形、1,600℃級のJ形と大型ガスタービンで多くの実績を持ち、99.3%の信頼性と64%以上の高い発電効率で世界の火力発電業界をリードする世界最高クラスのガスタービンを保有。

高い市場シェアは、こうした長年にわたる実績が評価されたもの。

ガスタービン業界の見通しによれば、ガスタービンの2018年における年間総発注量(出力ベース)は3,000万kW程度になると予測。

すでに780万kWの受注を確保。

この数値は2018年末までの年間発注予測の25%以上に達するもの。

この高い市場シェアを獲得するに至った顧客からの強い支持を励みに、北米をはじめ世界各地で最新鋭機であるJ形ガスタービンを中核とする発電・コージェネレーション(熱電併給)設備の普及に一層力を注ぎ、世界各地の経済発展に不可欠な電力の安定供給に寄与するとともに、エネルギーの低炭素化を促進し地球環境の保全に貢献するでつ。

世界の発電事業に関する詳細な市場調査資料を提供している米国のマッコイ・パワー・レポート(McCoy Power Report)に基づいているでつ。

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用⑤

(1) 石炭乾燥方式 高温の乾燥熱源が必要となることから,火炉出口から排ガスの一部を循環させて石炭乾燥 熱源としているでつ。

一方で,褐炭は揮発分が高く発火しやすいという特性を持つことから,火炉よ り抜き出した排ガスを電気集塵機(ESP)出口ガス及び熱空気と混合し,酸素濃度及び温度を 適切に調節することによって,乾燥及び安全性を確保しているでつ

(2) ファンミル ファンミルは,搬送と粉砕という一次通風機とミルの機能を兼ね備えた機器であり,NV(Nasskohlen Ventilator)ミルと DGS(Distributor Gebläse Schläger)の2つの型式を有してい るでつ。NV ミルがビータホイール(翼板)のみで石炭を粉砕するのに対し,DGS ミルではビータホイ ールに加えてビータヘッド(槌)により石炭を粉砕することを特徴。

使用する石炭の性状 によってどちらの型式を採用するか決定。

Turow 発電所で使用される石炭は,褐炭の中 では比較的,難粉砕性に分類されるため,DGS ミルを採用。

(3) バーナ 褐炭用バーナとして開発された RS(Rund Strahl)バーナを採用し,高燃焼性及び低 NOx を 実現した。バーナは火炉壁の全周に設置。1台のミルからバーナ3本を火炉壁の垂直方向に 直線状に配置。

(4) バーンアウトグレート 炉底にバーンアウトグレートと呼ばれる設備を設置し,灰中未燃分を燃焼させて,ボイラ効率 の向上を図っているでつ

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用④

Turow 発電所では主燃料として褐炭を用いるでつが,褐炭の一般的な特徴として,水分含有量が 高く高温の石炭乾燥熱源が必要であること,揮発分が高く燃焼性が良好である一方で発火しや すいことが挙げられるでつ。

これら褐炭の特徴に対応して Turow 発電所では,瀝青炭,亜瀝青炭とは 異なった燃焼システムを採用。

図2にボイラ概略燃焼システム構成,表2にボイラ主要諸元を示すでつ。 

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用③

Turow新ユニット建設プロジェクトは,PGE社がトゥ-ルフ炭鉱群近郊の自社発電プラントで建設 する超々臨界圧褐炭焚き火力発電所。

EPC(Engineering, Procurement and Construction)業者として MHPS を幹事会社とするコンソー シ ア ム ( MHPS Group ( MHPS , Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH(以下, MHPS-EDE)(コンソーシアムリーダー)),Technicas Reunidas(スペイン),Budimex SA(ポーラン ド)の3社構成)が 2014 年7月に受注し,2014 年 12 月1日に工事を着工。

プラント建設期間は 65 ヶ月,運開は 2020 年4月末の予定。

EPC コンソーシアム内では,MHPS-EDE が,褐炭焚きタワーボイラを中心とするボイラ設備一 式及び環境設備(脱硝装置と電気集塵機を含む)を納入し,MHPS は,タービン・発電機プラント一式及び脱硫設備を納入する。電気設備,冷却塔手配,土建及び据付工事は Technicas Reunidas と Budimex SA の所掌。

図1にプラント外観,表1に Turow 発電所の主要諸元をそれぞれ示すでつ。

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用②

ポーランドでは,豊富な褐炭産出を背景に褐炭焚き火力発電所が多く建設されるでつ。

 2014 年に,ポーランド エネルギー会社最大手の PGE 社(Polska Grupa Energetyczna)から Turow 発電所を受注し,2020 年4月の運開を目指して建設を進めているでつ。

同プラントには,独自の褐炭焚きタワーボイラ技術,褐炭用ミル・バーナ技術, USC 技術及びボイラ排ガス熱回収装置を適用。

褐炭焚き発電所としては,世界最高効率レベル の発電所となる予定。

以下,Turow 発電所に適用した高効率技術について紹介するでつ。 

ポーランドTurowへの最新鋭褐炭焚き高効率USCプラントの適用①

褐炭焚きプラントとして世界最高効率レベルの発電所を目指し,ポーランド Turow(トゥ-ルフ) (450MW(Net),262bar(a)/597℃/609℃)の建設が進んでいるでつ(2020 年4月運転開始(運開)予 定)。

独自の褐炭焚きタワーボイラ技術と褐炭用ミル・ バーナの技術を有しており,これに USC(超々臨界圧)技術,ボイラ排ガス熱回収装置を適用す ることにより,高効率の褐炭焚きプラントを提供するでつ。

石炭ガス化は…

J型も1650℃で空気冷却のバージョンアップでつなぁ~

だけど50℃上げるより排ガス循環をなんとか早くというとこでつなぁ~

石炭ガス化は税金の無駄使いな気がしますなぁ~

石炭火力と比べて全くメリットは無。

でもこの技術をバイオマスへ活かしてほしでつなぁ~

世界最高水準のガスタービン製造工場

兵庫県高砂市にある山陽電鉄本線荒井駅。多くの有名企業が製品開発の拠点を置く、瀬戸内海に面した工業地域。

駅こそ無人駅で寂しい表情を浮かべているでつが、周囲には巨大な工場や倉庫が立ち並び、方々には周辺企業の施設に、同社の社員寮や社宅。

駅前からは、太い道路が南北へとのびているでつ。

幅広の道路を5分ほど南下すると見えてきたのが、火力発電事業で世界第3位の売上実績を誇る高砂工場。

茨城県日立市や長崎県長崎市など国内5カ所、国外4カ所の拠点工場を持つ中で、液化天然ガス(LNG)によるコンバインドサイクル発電用ガスタービン製造の主力として稼働しているでつ。
コンバインドサイクル発電という聞き慣れない言葉。

これは、燃料を燃やして発生させた高温ガスの圧力でガスタービンを回し、さらにその排ガスで別の蒸気タービンを回すという二重発電方式。

蒸気タービンのみの火力発電と比べて、同量の燃料でより多くの電力が発電できる上、同じ発電量で排出される二酸化炭素(CO2)量が少ないというメリットがあり、また、LNGを用いることで起動時間が短く、安定した発電が行えるため、季節や時間などによる電力の需要変動への応答性が他の発電方式よりも優れているでつ。
ちなみに、この技術は経済産業省が低炭素社会実現を担う21の技術を選定したCool Earth(クールアース) -エネルギー革新技術計画2008年3月5日発表)で、重点的に取り組むべき革新技術の筆頭に挙げられているでつ。
高性能化は現在も国家プロジェクトの一つとして推進されており、1700℃級と呼ばれる熱効率の高い新たなガスタービンの技術開発を担っているでつ。

工場内は、とにかく広く、天井が高い。

この組立専用工場では、高砂工場内で製造されたガスタービンのパーツを組み立て、製品として出荷するまでの工程を担っているでつ。

多種多様な工作機器が並ぶような一般的に思い浮かべる工場とは違い、とにかくスッキリとした印象があるでつなぁ~

とはいえ、そこかしこに並べられた巨大な部品。

外装用など一部を除き、全てのパーツを高砂工場内の各所で製造しているそう。これらを組み合わせてできるのが……

ほぼ完成形というガスタービン。外装などを含めて、ここまで組み立てるのに、専門職5~6人体制でおよそ1カ月かかる。

この中に組み込まれているのが…

ガスタービンの本体。横にいる人と比べれば、そのサイズは一目瞭然だろう。全長約16m、総重量約500t。

「M701F」と呼ばれる1400℃級のこれ1台で、385MW(38.5万kW)を発電するパワーを持つ。
ガスタービンは主に圧縮機、燃焼器、タービンで構成。

圧縮機が空気を吸い込み、圧縮して燃焼器へ送ると、燃焼器が圧縮された空気で燃料を燃やし、1600℃や1650℃といった超高温の高圧ガスを作るでつ。

その圧力によってタービンを駆動させ、発電する仕組み。
先ほどから出てくる1600℃や1650℃という温度は、タービンの入口の温度。

入口温度とはつまり、タービンの耐久温度。温度をより高めれば高圧ガスの出力が上がり、タービンを回転させるエネルギーも上がるでつ。

すると燃費が良くなり、発電効率、いわゆる熱効率が上がるでつ。
1700℃級という高性能マシンを実現するためには、圧縮機、燃焼器などの性能向上はもちろんだが、タービンの翼をいかに頑強にできるかがカギ。

そのため、耐熱材料の開発、冷却技術、遮熱コーティング技術といった要素技術の研究は重要視。

総合研究所ではガスタービンをはじめ、原子力発電プラントやジェット機用エンジン、ロケット用エンジンなどの製造技術開発を担う30の研究棟が集まっているでつ。
まず見せてもらったのは、タービン翼の違い。

右から普通鋳造、中央が一方向凝固、左が単結晶という技術で鋳造したタービン翼。これを円形に並べてタービンを形成。
普通鋳造したタービン翼は、金属の結晶同士が接合して形成されており、接合面の強度が比較的もろいデメリット。

これを解決したのが一方向凝固という技術。

金属を縦方向に引き伸ばすように鋳造していくため、普通鋳造の翼より高強度になったでつ。
さらに単結晶のタービン翼は、普通鋳造のものにあるまだら模様の一つの結晶だけで翼を丸々形成しており、金属の接合面がないためどの鋳造方法よりも耐久性に優れたもの。

だけど、製造すると金よりも高価になるため、実用化はまだまだ先。
その巨大さに目が行きがちだが、ガスタービン製造においての最重要技術がこの「鋳造」。

金属を溶かして鋳型に流し入れ器物を造るという昔ながらの技術をこの規模で手掛けられる企業は、同社を含め世界に3社しかないでつ。

翼の部位によっては空気の流れが変わってしまうため、穴は整然と並べられているわけではなく、角度も形状もわずかに変えて形成されている。
また、フィルム冷却の性能をさらに向上させるためには、ますます穴の形状が複雑化していくるでつ。

そのため近年では3Dプリンターでの開発実験も行っているでつ。
その他にも、検証実験は多数。
続いては、1600℃級ガスタービンの実用化に大きく貢献したフィルム冷却技術。

空気が通る穴を開け、タービン翼自体の温度を下げるでつ。

穴の形状は翼を冷やすための表面積を広げるため、円ではなくアヒルの足のような形。

大型の低速回転試験装置を使い、フィルム冷却技術による空気の流れなどを検証する空力実験場(写真上)や、燃焼器の故障の原因となる振動現象を抑えるための燃焼振動実験(写真下)でつなぁ~
燃焼振動や動翼回転時の気流は、シミュレーションしたとしても実証実験をすると予測できない結果が必ず出ててくるでつ。

そのため担当する研究者たちは、愚直に実験を繰り返し、何度も点検して、万全の状態するでつ。

研究室から生まれた技術は、実際に部品として製造され、ガスタービンとして組み立てるでつ。

だが、製品として世に出るのはまだ先だ。最後に訪れた実験設備で試験運転をクリアしてからになるでつ。

敷地の東南に位置するガスタービン複合サイクル発電プラント実証設備。通称「T地点」と呼ばれ、自動車の走行テストのように、プロトタイプの長期的な実験運転行っているでつ。

T地点に入るととにかくすさまじい大音響。

空気の圧縮音やマッハ1で回るタービンの回転音、燃料が燃え盛る音が混じり合い、隣の人の声も、全く聞き取れないでつ。

タービン内はおよそ1500℃の高温。断熱材で周囲を保護していなければ、そばに立つことなど不可能。

建屋の外へ出ると、ガスタービンからつながる排熱回収蒸気発生器が高くそびえているでつ。

ガスタービンからの排ガスがここに送られ、蒸気を作り、別のタービンを回す。

まさにコンバインドサイクル発電システムを擁した火力発電所そのもの。
試験は2年間。

半年ごとに一度運転を停止して、状態を確認するでつ。

製品を販売する前の検査は当然だろうと思うかもしれないが、実は海外企業は、この試験運転を実施していないでつ。
製造は販売に直結し、故障したら対応するという考え方が一般的で、需要も限られている上、莫大なコストがかかるため、いちいちプロトタイプを造って実証実験を行っていては採算が合わないことが原因。
その中で、実証実験設備を保有。

つまり世界で唯一の施設がT地点dでつなぁ~。
事実、世界各地で26台商用運転中というMHPS製の1600℃級ガスタービンは、そのうちの21台が8000時間以上稼働し、事故停止率が0.5%と驚異的な数値をたたき出しているでつ。

長期稼働への信頼性を高める実験が功を奏しているでつ。
T地点のガスタービン単体で、姫路市の世帯数の電力に相当するポテンシャルがあるでつ。

試運転で発電された電力は、電力会社に供給しているでつ。

1700℃級ガスタービンを実現する過程で実用化のめどがついた技術を活用し、次世代機である1650℃級ガスタービンを開発中。

2019年に着工し、2023年稼働を目指しているでつ。

それと同時に現在のT地点を廃止し、2020年の稼働に向けて新たな実験設備の建設も始めているでつ。
納得する成果が得られるまで商品を売らない姿勢を貫くエンジニアたちのプライドは、着実に自らを鍛え続け、世界トップレベルに押し上げたでつ。

さらに価値を高めようとたゆまず邁進し続けるでつ。

1700℃級ガスタービンの革新的技術の開発、実用化ももはや時間の問題かなぁ~

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発⑩

LE-9 設計技術の事前検証を目的とした技術実証エンジン LE-X の開発にて,燃焼安定性向 上の技術開発を行ったでつ。

安定性解析により燃焼振動が発生する周波数帯域を予測する手法を確 立。

噴射エレメントの音響特性をチューニングすることで燃焼振動レベルを低減する設計技 術を開発。

レゾネータの音響特性を高精度に予測する手法を確立。

またそれらの技術を 実機エンジンに適用し,その有効性を検証。

本技術により,世界で初めて大推力エンジンにエキスパンダーブリードサイクルを適用する LE-9 の実用化に目途付けができ,2020 年の初号機打ち上げに向けて,順調に開発中でつ。

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発⑨

図 11 に燃焼振動予測技術の検証結果を示すでつ。

共鳴倍率は減衰比の逆数であり,値が高いほど 不安定。

解析では modeA,modeB とも振動レベル(共鳴倍率)が大きくなる傾向が計測と一致 。

解析の共鳴倍率のピークの大小関係は試験の変動圧のピークの傾向と一致。

LE-9 エンジンでは,LE-X で開発したこれら燃焼振動予測技術と燃焼振動対策技術を適用し て開発を行った結果,実機エンジン試験において燃焼振動の発生しないことが確かめられ,燃焼 安定性を大幅に向上することができたでつ 

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発⑧

技術実証エンジン LE-X の燃焼器単体試験を当社の田代試験場にて実施(図9)。

図 10 に燃焼試験における燃焼室圧力変動スぺクトル計測結果を示すでつ。

対策なしのコンフィグレーショ ンでは modeA,modeB にて大きな圧力変動(燃焼振動)が発生したでつが,噴射エレメントおよびレゾ ネータによる対策を施したコンフィグレーションでは modeA,modeB とも燃焼振動は完全に消失 し,振動レベルを 1/100 に抑制。

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発⑦

燃焼室の圧力変動を吸収する装置として、燃焼室の噴射面近傍に取り付けるレゾネータを開 発。

レゾネータ入口には多孔板が取り付けられており,音響共鳴現象により流体が多孔穴を 出入りする際に発生する渦により、圧力変動を吸収。

流体が多孔穴を出入りする際に発生する渦が大きくなるほど,音響減衰が大きくなるが,実機エンジンは高圧であり,大気圧条件下よりも,圧力変動振幅が大きいため発生する渦・音響減衰も大きくなるでつ。

従って、大気圧条件の要素試験で計測される音響減衰を実機の評価値として用いることはできないでつ

そこで、JAXA 角田宇宙センターにて実機相当の圧力変動条件下におけるレゾネータの音 響減衰を計測。

図6にレゾネータの音響減衰計測装置および計測結果を示すでつ

高圧条件下 で窒素を流しサイレンホイールにて加振を行うことで、大音圧加振を行ったでつ

レゾネータの入口と 内部に圧力変動センサを取り付け,入口の圧力変動振幅に対する内部の圧力変動振幅の増幅 率を計測し音響減衰を評価。

また別途,Guess による音響減衰評価式(半理論、半実験)(5)に よる結果をあわせて示すでつ

評価式と計測結果は概ね一致しており,音響減衰は多孔穴を通過す る流体の流速変動のマッハ数に比例していることを確認。

そこで,実機のレゾネータの音響減衰を評価する際には、実機で想定される圧力変動と音速, 密度および多孔板開口率より多孔穴部のマッハ数を概算し,図6を用いて音響減衰を評価。

LE-9 の設計においては,本評価手法を用いてレゾネータの多孔板の開口率を調整することで音 響減衰の最適化を図ったでつ

また実機エンジンでは,複数の周波数の燃焼振動が発生する可能性があり,各々の周波数を 抑制するため複数種類のレゾネータを同時に使用することが想定。

このとき,異なるレゾネ ータ同士が音響的に干渉し性能が悪化する可能性があったため,要素試験にて複数種類のレゾ ネータを同時に使用した際の音響特性(吸音率)を評価。

図7に2種類のレゾネータを円周状 に配置した要素試験装置を示すでつ

円周状にA種レゾネータとB種レゾネータを交互に配置し,上 面からスピーカーで加振を行ったでつ

2列に配置した圧力センサで計測した圧力変動データを用い て,円盤中心から外側に伝搬する音波に対する吸音率を評価。

また,要素試験を対象として 音響 FEM による解析を行ったでつ

図8に計測結果および解析結果を示すでつ

試験と解析で概ね吸音 率は一致している。複数種類のレゾネータを配置した場合は,レゾネータを単体で使用する際の 吸音率の谷が埋まることが確認でき,レゾネータを単体で使用するよりも広い範囲で高い吸音率 を得られることが分かったでつ

また,本要素試験と解析にて圧力変動振幅の空間分布や周波数に 対して必要なレゾネータの数と配置について知見を得て,LE-9 では,効率よく圧力変動を吸収 できるようレゾネータの数・配置を設計できたでつ

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発⑥

現象①において,噴射エレメント内で圧力変動が共振により酸素の流量変動を増幅させるとい うことに着目。

即ち,噴射エレメント内における共振による流量変動増幅を抑制することができ れば燃焼振動を抑制できると考えたでつ。

そこで,異なる噴射エレメント長さの組み合わせにより,流 量変動の波長を分散させ,多数の噴射エレメントを組み合わせたときに,全体としての流量変動 を抑制する技術を開発。

図5に噴射エレメントに対する燃焼振動対策効果を示すでつ

対策なしの噴射エレメントでは多数 の同じ長さの噴射エレメントを用いるため,燃焼室から圧力変動が加わり噴射エレメント内で共振 したときに,同一の波長の流量変動が同じタイミングで噴射エレメントから流出するでつ

その結果,多 数の噴射エレメントから流出される流量変動が互いに強め合い全体として過大な流量変動を生じ るため,大きな発熱量変動,圧力変動が発生。

対策ありの噴射エレメントは,音響的な検討に より噴射エレメントの長さに適切なバラつきを持たせているでつ

短い噴射エレメントでは短い波長の 波が,長い噴射エレメントでは長い波長の波が発生するため,長い波長と短い波長の波を組み合 わせることで噴射エレメント全体としての流量変動を抑制する。その結果,大きな発熱量変動が発 生しにくくなり,燃焼振動を抑制することができる。LE-9 の設計においては,本技術を用いて噴射 エレメントの長さの最適化を図ったでつ

火力発電所の稼働率を向上させる遠隔監視サービスの提供を開始~ 電力会社とプラントメーカーの協業による高精度な異常予兆検知を実現 ~

2016年9月に国内外火力発電所の効率化に向けた業務提携に関する基本合意書を締結して以来、火力発電分野におけるO&M(注1)ソリューション・サービスの事業化を目指して検討を続けてきたでつ。

パグビラオ発電所(注2)向けに、遠隔監視サービスの提供を開始。

異常予兆検知モデルを同発電所に適用し、IoT(注3)プラットフォーム上でデータを共有することにより、東電FPが持つO&MのノウハウとMHPSが持つ設計・製造・建設・アフターサービスのノウハウを融合し、遠隔監視によるボイラーなどの異常兆候の早期発見から、原因分析、対策まで一貫した支援。

これまでの両社の取り組みが評価され、受注の第一弾として遠隔監視サービスの提供に至ったもの。

今後、パグビラオ発電所の稼働率向上とO&Mコストの削減に繋がっていくもの。

お互いの事業基盤が活かせる東南アジアの石炭火力発電所を対象に、O&Mソリューション・サービスの提供を本格化し、共同での事業確立を目指すでつ。

また、本取り組みを国内外のさまざまな発電事業者に開かれたものとすることで、チーム日本として、火力発電所の資産価値向上に取り組んでいき、化石燃料の使用量やCO2排出量を削減し、地球環境の保全に寄与していくでつ。

 

 

  1. Operation and Maintenanceの略で、発電所の運転管理業務、維持管理業務を行うこと。
  2. 世界の発電事業に関する詳細な市場調査資料を提供している米国のマッコイ・パワー・レポート(McCoy Power Report)に基づいています。
  3. Internet of Thingsの略で、コンピュータなどの情報・通信機器だけでなく、世の中に存在するさまざまな「モノ(物)」をインターネットに接続したり相互に通信したりすることにより、自動認識や自動制御、遠隔監視などを行うこと。

 

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

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します。

  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ますが、分離・回収時のエネルギー消費量低減が課題となっています。
 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しました。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しました。
 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です。

  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です。
 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してまいります。

 

 

※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

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発⑤

図4に噴射連成燃焼振動に対する燃焼振動対策技術の概要を示すでつ。

異なる噴射エレメント長 さの組み合わせによる流量変動の分散化技術とレゾネータによる圧力変動の吸収技術の2つの 技術を新たに開発。

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発④

燃焼振動対策を施す上で,発生周波数を予測することが重要。

対策を全周波数に対し て行うことは現実的でなく,ターゲット周波数を定める必要があるため。

そこで LE-X の開発において,噴射連成燃焼振動を対象に発生周波数を予測するための手法 を開発。

図3に燃焼安定性予測技術の概要でつ。

2章の噴射連成燃焼振動の現象①から③をそれぞれ適切に予測することで,燃焼安定性を評 価することができるでつ

だけど,特に現象②は複雑な燃焼の動的な挙動に関連しており,解析 や理論で正確に予測することが困難。

そこで,現象①②については,JAXA 角田宇宙センターにて噴射エレメント1本の高圧燃焼試 験を実施し直接計測評価。

サブスケール燃焼器に噴射エレメントを供試し,燃焼試験中に燃 焼室を別途,音響的に加振し圧力変動を与えたでつ

燃焼室内部の圧力変動を圧力センサにて計 測するとともに,可視化窓を通じて火炎を高速度カメラで撮影することで,圧力加振時における発 熱量変動(発光強度※3)を計測。

これにより,圧力変動に対する発熱量変動の応答特性(圧 力変動振幅に対する発熱量変動振幅の大きさ,および圧力変動に対する発熱量変動の応答時 間の遅れ)を計測し,安定性評価に必要な現象①②の評価を行ったでつ

現象③については,波動方程式を用いた音響 FEM※4により評価。

燃焼室の燃焼ガス物性 (音速,密度)には別途実施する燃焼 CFD※5の結果を用いたでつ

以上のように計測,解析を組み合わせた安定性評価手法を開発し,LE-X の燃焼器単体試験 にてその予測精度の検証を行ったでつ

※3 発光強度:燃焼反応により放出される特定の波長の光の強度は発熱量の大きさと相関がある。この特定の波長のみを 通過させるフィルタを用いて高速度カメラ撮影することで発熱量分布の計測ができる。

※4 音響 FEM:音響波動方程式を解くための有限要素法(Finite Element Method)。コンピュータを用いて音(圧力変動)の 伝搬現象を計算する。

※5 燃焼 CFD:燃焼反応を含む流動場を解くための数値流体力学(Computational Fluid Dynamics)。コンピュータを用いて 流動、燃焼反応を計算

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発③

燃焼振動を発生させない安定燃焼を実現するエンジンを開発するためには,燃焼振動の発生 原因を明らかにしてその原因を取り除き,燃焼室に音響減衰を付加する技術が必要。

ま た,これらの対策を行うために燃焼振動の発生周波数帯域を予測する技術が必要。

これら の技術を開発するためには,まずロケットエンジンの燃焼振動の発生メカニズムを明らかにする必 要。

そこで,従来機種を含めエンジン燃焼試験データの分析を行い,燃焼振動発生メカニズムの 分析を行ったでつ。

図1に代表的な燃焼振動発生例として,LE-X の燃焼試験(燃焼振動対策なし)の 燃焼室圧力変動計測結果を示す。燃焼室内部の圧力変動の大きさ(カラーコンター)を各時間毎 (横軸),各周波数毎(縦軸)に表したものでつ。

また,燃焼室の音響共鳴周波数を白の実線 で,噴射エレメントの音響共鳴周波数を白の破線で示しているでつ

燃焼室の音響共鳴周波数が噴 射エレメントの音響共鳴周波数に近づくと,燃焼振動が発生し圧力変動が増加する傾向が確認 。

これは,燃焼室内の圧力変動が噴射エレメントと音響的に連成することが燃焼振動の発 生のトリガになっていることを示唆(以下,噴射連成燃焼振動)。

図2に示すように,噴射 連成燃焼振動のメカニズムは以下の通りと考えられるでつ。

① 燃焼室内の圧力変動が噴射エレメントに伝搬し,噴射エレメント内で共振することで噴射 エレメント内を流れる酸素の流量変動を増幅。

② 流量変動を伴う酸素と燃料が燃焼領域まで伝搬し燃焼すると,発熱量が変動。

③ 発熱量変動により燃焼室が音響的に加振され圧力変動が発生。

現象①から③のフィードバックループにより,圧力変動と流量変動,発熱量変動が互いに増幅 し合う関係を形成することで圧力変動が成長し燃焼振動に至るでつ。

エンジン燃焼試験の分析の結果,噴射連成燃焼振動は発生例が多く防止する必要性が高い と考えられたでつ

そこで,LE-9 の開発においては,噴射連成燃焼振動をターゲットに燃焼振動予測 技術,燃焼振動対策技術の開発を進めたでつ。

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発②

ロケットエンジンの開発において発生し得る不具合の一つに燃焼振動が挙げられるでつ。焼振動 とは,燃焼の不安定化により燃焼室内で大きな圧力変動が生じる現象である。燃焼振動が発生 すると,圧力変動の影響で燃焼室壁面へ伝達される熱量が大きくなり,燃焼室壁面や噴射エレメ ント壁面を溶損させ,最悪の場合エンジンの破損に至るでつ

本事象が実機エンジン燃焼試験で発 生すると,設計手戻りや追加試験等のため開発コスト・開発期間に大きなインパクトを与えるでつ

従 って,開発初期の段階から,燃焼振動を発生させない安定燃焼を確保したエンジンを設計するこ とが重要。

しかしながら,本事象は,数百本の噴射エレメントの形状,燃焼室サイズの影響を受けるため, エンジン開発初期の段階で実施可能なサブスケール燃焼試験(噴射エレメント1本~複数本の燃 焼試験)で直接検証することが困難。

また,燃焼振動は燃焼,流体,音響現象が相互作用 する複雑な現象であることに加え,影響因子が多いこと,発生し得る燃焼振動周波数・モードが 多様であることから事前予測,対策には高い技術が必要。

そこで,LE-9 の設計技術の事前検証を目的とした技術実証エンジン LE-X を対象に,下記に 示す燃焼安定性向上の技術開発を行ってきたでつ

1. 燃焼振動発生メカニズムの分析

2. 燃焼振動予測技術の開発

3. 燃焼振動対策技術の開発

これら燃焼振動に対する技術開発について説明するでつ。

石炭ガス化の実用化は100%ありえないけど、ごみガス化は…

今、電力自由化でコストの低い石炭火力の建設が多くなったてきたけど、神鋼の発電所はストップがかかったでつなぁ~

温暖化ガスを排出する石炭火力の建設は、さらに温暖化を進めていくことになってCOPの宣言倒れになってしまうでつ!

そりを日本の企業が率先してやっちゃ~いけないでつなぁ~

石炭だと温暖化ガスが出るということで今、石炭ガス化の実用化に向けて、大崎クールジョンプロジェクトと福島復興事業で実証施設を建設中でつなぁ~

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)の助成事業等、国家をあげてのプロジェクトになってるけど…

はっきり言って、こり事業として成り立たないでつなぁ~

まずは、コストが石炭火力の桁二つくらい高くなるでつ!

特に動力、酸素製造装置つまり空気分離装置に使用する圧縮機は、何万キロワットという出力で、特高モータになるでつ。

そりが発電してる間、動いてるわけだら、電気代が超ビックリだし、エンジンで回すにしろ燃料費も超ビックリになるでつ!

福島は空気炊きだから不要だと思ってる人もいるかもだけど、空気だと窒素があるからカロリーが上がらないし、二段式旋回炉にしてても

結局必要なカロリーが得られないので、酸素濃度を上げるため、空気分離装置が必要になるでつ。

しかも空気昇圧タービンも必要になるし、NOx対策も必要だから酸素炊きより複雑でライフサイクルサイクルも倍近くなりますなぁ~

温暖化ガスが削減できると言われてるけど石炭火力と比べて2%しか削減できないというデータもあるでつ。

電力自由化でコスト下げたい電力会社や海外のクライアントさんもまず商談にすらならないでつなぁ~

こんな事業に莫大な税金使ってるのもどうかと思うでつなぁ~

太陽光にしろ、バイオガスにしろ、結局先を見据えず視野が狭いから無駄使いが多くなるでつなぁ~

そんな無駄使いするなら、福祉とかに回すべきだし、福島の復興事業ならこの費用を住宅とかに回せるのになぁ~とか思ってしまうでつなぁ~

安部さんの無駄使いにも困りものというか国家にかけてとか思ってると世界に恥さらすことになるでつなぁ~

さて石炭は厳しいけど、ごみのガス化はどうなのかなぁ~

ごみのコンバインドサイクル版、スーパーごみ発電に応用できないのかなぁ~

サーモセレクトは石炭ガス化の応用技術であったけど、こりも冷却するのに使う水の量とガス化するためのガス化に必要な酸化剤の酸素製造のための

出力が大きいというのがあったでつなぁ~

ガス化には、酸化剤が必要で酸素が必要になるけど、こりを作るのにドデカイ圧縮機がいるでつなぁ~

例えば、ターボチャージャーの原理を上手く使って、空気を圧縮すれば、動力はかなり抑えられると思うでつなぁ~

そいと空気を分離するには、極低温にしないといけないでつなぁ~

酸素、窒素、アルゴンと沸点の差で分離するからだけど、こりはタービンを使って冷凍するけど、こりでも動力は大きいでつなぁ~

冷えたものをまた熱するわけだから効率が悪いでつなぁ~

でもよく考えると生ごみは、メタンガスが出るんだよねぇ~

最終処分場はこのメタンガスを燃やしていたし、RDFもメタンガスがこもって爆発したし、自然にガス化出来るわけだし、

そりを上手く使えば、余計な動力が必要ない分、実用化高いと思うでつなぁ~

木屑も限りある資源であるわけだし、サトウキビ同様燃料としてはいろいろと考えないといけないこと考えると

ごみと下水汚泥とか廃棄物をもっと活用していくのが本当の再生可能エネルギーになると思うけど…

ともかく無駄な開発に税金使うのだけは、やめてほしいし、使うならもっと吟味してからにしてほしいでつなぁ~

でも、ごみや太陽光もだけど、こりはと思うところに参入するけど、結局残るのは、専門メーカなんだよねぇ~

LED照明がいい例でつなぁ~

H3 ロケット1段用 LE-9 エンジンの 燃焼安定性予測技術及び対策技術開発①

現在,宇宙航空研究開発機構(JAXA)のもとで H3 ロケットの 1段用エンジン LE-9 を開発中。

LE-9 は従来エンジンに比べて燃焼器が大型化することか ら,燃焼の不安定化による大きな圧力変動(燃焼振動)の抑制が課題。

このため,異なる 噴射エレメント長さの組み合わせによる流量変動の分散化技術と,レゾネータ※1 による圧力変動 の吸収技術を新たに開発し,燃焼安定性を大幅に向上。

これらキー技術の適用により,世 界で初めて大推力エンジンにエキスパンダーブリードサイクル※2 を適用する LE-9 の実用化に目 途付けができ,2020 年の初号機打ち上げに向けて,順調に開発中。

※1 レゾネータ:共鳴による圧力変動の増幅を抑制する装置

※2 エキスパンダーブリードサイクル:エキスパンダーブリードサイクル:液体ロケットエンジンのサイクルのひとつで燃焼室の 冷却に用いた水素をターボポンプ駆動に用いる。簡素で本質的安定性と低コストを両立するという特徴を持つ

電力自由化で高まる電源ニーズに対応する

新エネルギーに関するさまざまな製品や技術などを扱う展示会「スマートエネルギーWeek 2018」において、工場の自家発電設備などで活用される、30MW級の高効率ガスタービン「L30A」や、「グリーンガスエンジン(KG-18-V)」などを展示。

40%以上の発電効率を達成することに加え、同機を用いたコージェネレーション(熱電併給)システムにおいて、83%以上の総合効率を実現。

 さらに、ガスタービンで発生した熱を用い、蒸気タービンと組み合わせることで、50%以上の発電効率を達成することが可能。

また、環境性能においても、窒素酸化物(NOx)の排出量を15ppm(O2)以下に抑えているのも特徴

GEが…

発電事業を売却みたいなニュースがあったでつが、ガスエンジンを売るみたいでつなぁ~

まぁ~ちょっとは安心だけど、中核事業を売却ってのは、かつてのGEからするとちょっと…

ABBのようにはならないでほしいとか思ったでつが、火力の逆風は今だけだと思うでつなぁ~

EVと同じで…

この時期を大手は頑張って乗り切ってほしいでつ!

JAC形ガスタービンが高砂・T地点で運転8,000時間を突破信頼性を示す一つの指標に到達

商業運転設備として受注に向けての強い追い風に
強制空冷システムの採用により冷却性能を向上、GTCC全体の起動時間も短縮

主力ガスタービンJ形の最新機種である強制空冷式のJAC(J-series Air-Cooled)形が、当社高砂工場内の実証設備複合サイクル発電所(通称T地点)におけるガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電で、このほど運転時間8,000時間を突破。

運転8,000時間という実績は、ガスタービンの機種について、その信頼性を示す一つの指標となるもので、商業運転設備としての普及面でも受注に向けての強い追い風となることが期待。

T地点では2015年春に中核技術となる強制空冷技術を含めたシステム全体の検証試験を完了。

2015年から運転を続けてきたものです。国家プロジェクトで1,700℃級の超高温ガスタービン要素開発に取り組み、その成果を活用することで世界初のタービン入口温度1,600℃を達成し高効率を実現。

さらなる高効率化と運用性改善に向け、蒸気による燃焼器冷却に代えて新たに東北電力株式会社との共同研究により開発した強制空冷燃焼器を採用した強制空冷システムを開発・搭載したもの。

強制空冷システムは、燃焼器車室から抽出した空気を外部クーラーで冷却し、強制冷却空気圧縮機で昇圧、その後、燃焼器の冷却に用いたのち再び車室に戻す系統。

外部クーラーの排熱を排熱回収ボイラーや蒸気タービンなどのボトミングサイクル(注1)側で回収させ高効率を実現、燃焼器冷却構造を最適化することで蒸気冷却以上の冷却性能を発揮。

また、蒸気冷却に比べGTCC全体の起動時間を短縮。

コメントが「JAC形ガスタービンは2016年12月の市場投入以来、業界の新標準を確立しています。排熱利用による蒸気タービン発電との複合サイクルで57万5,000kW(60Hz)の発電能力を備え、発電効率64%、信頼性99.5%に到達します。当社の主力機種として世界中で受注活動を優位に進めており、市場調査レポート(注2)によれば、2018年1月から3月のガスタービン受注実績(出力ベース)では、世界シェア1位を獲得することができました。当社は今後も高い技術力に基づく、環境に優しいGTCC発電で業界をリードしていきます。」

J形ガスタービンシリーズは、2009年の市場投入以来、国内外で順調に受注を拡大しており、その受注累計は55基に達したでつ。

うち28基が商業運転中で、累計運転時間はJ形全体で約60万時間に達しているでつ。

T地点における運転8,000時間突破を弾みに、北米をはじめ世界各地で最新鋭機であるJ形ガスタービンを中核とする発電・コージェネレーション(熱電併給)設備の普及に一層力を注ぎ、世界各地の経済発展に不可欠な電力の安定供給に寄与するとともに、エネルギーの低炭素化を促進し、地球環境の保全に貢献するでつ。

ガスタービンサイクルの排熱を利用して、エネルギーを発生させるサイクル。

世界の発電事業に関する詳細な市場調査資料を提供している米国のマッコイ・パワー・レポート(McCoy Power Report)に基づいているでつ

1,000kWと450kWの高効率コージェネレーションシステムで日本ガス協会の「2018年度技術大賞・技術賞」で技術賞を2件受賞

一般社団法人 日本ガス協会の主催による「2018年度技術大賞・技術賞」で、技術賞を2件受賞。

受賞テーマは「1000kW 高効率ガスエンジンコージェネレーションシステム『GS16R2』の開発」ならびに「450kW 高効率ガスコージェネレーションシステム(SGP M450)の開発」で、いずれもエネルギー利用効率および経済性の高さが評価されたもの。

6月14日に都内で表彰式が開催。

GS16R2は、東京ガス株式会社との共同開発により2013年から販売しているもの。

業務用大規模施設から中小規模の産業用途まで幅広いコージェネ(熱電併給)市場向けで、燃焼の最適化や制御システムの高度化により42.3%という高い発電効率を達成する一方、エンジンの回転数を毎分1,000回転と低くすることで部品の交換サイクルを減らして保守費用を従来比約3割引き下げたでつ。

また、熱回収効率の向上により、総合効率78.5%を達成しました。このため、大幅なランニングコストの低減に成功。

一方のSGP M450は、東邦ガス株式会社との共同開発で、2015年に販売を開始したものです。燃焼の最適化や水冷ターボチャージャや、高効率発電機などの採用により高出力化を実現し、出力400kW級で世界最高水準の発電効率42.0%を達成。

やはり熱回収効率の向上により、総合効率は81.5%に達しています。さらに、機器配置のコンパクト化などにより、設置スペースを大幅に削減しました。災害時対応などの事業継続計画(BCP)向けを含め、病院や商業施設、オフィスビル、工場などに広まっているでつ。

日本ガス協会の技術賞は、ガス事業の発展に顕著な功績のあった独創性や発展性に富む画期的な技術を毎年表彰しているもの。

2018年度は、技術大賞2件、技術賞9件が選ばれているでつ。

 MHI今回の受賞を励みに今後も高性能・高効率エンジンの開発に力を注ぎ、世界中の経済発展と暮らしの快適性向上に貢献するでつ。

Daigasグループ・天然ガス焚きGTCC発電所の改造工事を完了発電効率と起動性を向上

ガスタービンをH-100形に換装、発電効率と起動性を向上
高砂工場組み立て初号機を納入

Daigasグループの株式会社ガスアンドパワー(本社:大阪市中央区)が大阪市湾岸部で運営するガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)火力発電所「酉島エネルギーセンター」(此花区酉島)のガスタービン換装工事を完了、このほど定格出力14万500kWの新設備が運転を開始。

酉島エネルギーセンターは、設備納入・建設を担当し、2002年4月に運転を開始した天然ガス焚きGTCC発電所。

今回の改造工事では、既設の蒸気タービンを継続運用しつつ、ガスタービンをM501DA形からH-100形に換装することで発電効率と起動性を向上。

H-100形は、ヘビーデューティ型(注)の10万kW級2軸形ガスタービンで、柔軟かつ機動的な運用で力を発揮します。加えて、起動時間が短く、少ない設置面積で済むなどの強みも顧客から支持される所以の一つ。

また、今回納入したH-100形は、事業統合で発足した進める国内製造拠点再編の一環で、日立工場からの製造移管措置により高砂工場で組み立てた初号機であり、PMI(Post Merger Integration:合併・買収後の統合推進)活動が着実に進捗していることを示す成果。

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省エネシステムまで、火力発電向けフルレンジの製品群を擁しており、発電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に貢献するでつ。

一定の出力を維持して長時間連続運転することを前提として設計されたガスタービンで、手入れしやすく低い保守頻度で済むことが特徴のガスタービン。

航空転用形タービンと予防保全で信頼性の高い発電プラントを提供するでつなぁ~

新エネルギーに関するさまざまな製品や技術などを扱う展示会「スマートエネルギーWeek 2018」において、信頼性の高い発電プラントの運転を実現するための航空転用形ガスタービン「LM6000PF+」やプラントの運用支援方法などの展示してるでつ。

LM6000PF+は、GEアビスエーションで開発された航空機用ターボファンエンジンを、陸舶用に転用した、高い信頼性と高い発電効率を実現するガスタービンで、出力は52MWで、熱効率は41.6%になるでつ。

同タービンの特徴は、航空機エンジン技術による、急速起動停止(15%/分)が可能な点。

また、ガス燃料、液体燃料、Dual Fuelに対応できるほか、「希薄予混合燃焼方式(LM6000PF NOx15ppm(O2))」を採用してて、低NOx型燃焼器の選択が可能。

プラントの運用においては、同社の予防保全システムでの見守りが行われるでつ。

万が一、重大トラブルが発生した場合には、関係者が直ちに集結し、遠隔監査システム「あいモニタ」を使用し、情報共有することができるため、専門の技術者による迅速な処置方針が決定されるでつ。

これらの各種ソリューションにより、エンジン故障の予兆検出、予防保全などの保守の高度化、早期復旧が可能となり、信頼性の高いプラントを実現。

プラント運転のパラメータを監視し、異常が発生した場合には、アラームが発生。

そのため、専門技術者は過去データなどを参考に、迅速に対応の指示を出すことができるでつ。

ここもダウンサイジングの流れが来てるでつなぁ~

分散化電源社会への布石でつなぁ~

航空機転用技術はやっぱり、GEの天下でつなぁ~

分散型電源の中核を担う航空機転用ガスタービンの特徴

どんな燃料でも対応可だし、排熱を利用できる点とクローズドも可能というのがいいでつなぁ~

インドネシア国営電力会社の天然ガス焚き発電設備が運転開始Jawa-2プロジェクトの1号設備を予定より早く引き渡し

インドネシアの国営電力会社であるPT. PLN(Persero)(PLN社)がジャワ島のタンジュンプリオク(Tanjung Priok)発電所内で“Jawa-2プロジェクト”として建設している天然ガス焚きガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電施設の1号設備について工事を予定より早く完了、6月4日に運転を開始。

総出力88万kWのうち、今回は出力約30万kWのガスタービンが単独(シンプルサイクル)で稼働したもので、Jawa-2プロジェクトは円滑に進捗。

現地では運転開始を記念して式典が開催され、PLN社からはJawa-2プロジェクトを含む西ジャワ地域およびスマトラ島南端部地域を統括するハリヤント(Haryanto WS)取締役(Director)らが出席。

同氏は「本プロジェクトに対するMHPSの絶大なる努力に感謝する。今後もPLN社とMHPSの連帯は続いていくことを確信している。これにより、ガスタービン2号機の運転も、コンバインドサイクル運転も、契約納期通り開始されることだろう」と述べたでつ。

Jawa-2プロジェクトは、GTCC発電施設を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するプロジェクト。

フルターンキー契約。

M701F形ガスタービン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。

発電機は三菱電機株式会社製を採用。

今回、1号設備が先行してシンプル運転を開始。2019年にはガスタービンでの発電に加え、回収した排熱で蒸気タービンでも発電するGTCC方式での運転を開始する予定。

同プロジェクトは、経済成長に伴い急増する電力需要を満たすためにインドネシア政府が進める3,500万kWの電源整備計画の一環となるもの。

今回が1号機の早期運転開始に貢献したことは、今後のプロジェクト推進に一層の弾みをつけるもの。

大型ガスタービンで同国内トップシェアを誇っており、これまでおよそ50年にわたり同国の電力供給を支えてきた実績のもと、Jawa-2プロジェクトについても顧客満足の向上に全力を挙げて取り組んでいるでつ。

今後もより一層インドネシア電力市場におけるプレゼンスの向上を目指すとともに、高効率発電設備の普及を通じ、資源の有効利用と環境負荷の低減にグローバル規模ですすめていくでつ。