【ガスタービン】

チャージ完了 GEのエネルギー事業の成長に向けたシナリオ

最近の買収や統合はGEのグローバル市場における実績を拡げています。GEのグローバルにおける発電能力は、アルストムとの統合によって1,500GWに達し、いまGEの発電用機器は世界の電力の30%を生んでいます。また、統合によってアルストムの事業ポートフォリオが加わったことで、タービンだけでなくボイラーや発電機、その他関連設備の製造も手がけるようになったGEは、ガスタービン事業を超えた「パワーアイランド」事業を展開できるようになりました。

デジタル技術がエネルギー・ビジネスを変革する
そして、GEのエネルギー事業に最も急速な変化をもたらしているのが、IoT技術です。GEパワーは現時点で約92,000台の設備資産をデジタルネットワークを介してGEの産業用ソフトウェア・プラットフォーム「Predix」に繋いでいますが、その設備のすべてがGE製というわけではありません。

GEパワーのCDO(チーフ・デジタル・オフィサー)ガネッシュ・ベルは、デジタル・テクノロジーは「(顧客企業が)引くことのできる最大のレバー」だと言い、2016年はデジタル技術がもたらした電力産業の一大転換点だったと言います。GEは、設備がGE製であるかどうかに関わらずあらゆる環境で動作するソフトウェアの開発に励み続けています。

とはいえ、一方では課題も山積しています。発電施設のダウンタイムの70%はデータ分析によって予測することができますが、実際に大半の発電事業者が収集しているデータは、発電施設で1日あたりに生み出される2テラバイトのデータ量のわずか2%にすぎません。世界経済フォーラムのホワイトペーパーによれば、デジタル・システムを採用することによって、電力産業は1兆3,000億ドルの価値を生み出す可能性があるとのこと。大きな効果を得るためには、多くのデータを活用することが必要です。ベルが率いるGEパワーのデジタル部門は大幅な受注増を予想しており、昨年5億ドルだった受注金額が2017年は9億ドルに達すると見込んでいます。

デジタル技術は、GEがより優れたハードウェアを作り出すうえでも役立ちます。例えば、最新世代のHクラス・ガスタービンは、温度、圧力、振動、その他の特性を測定するために6,000個ものセンサーを搭載しており、センサーによって得られたデータを活用して性能にさらに磨きをかけています。Hクラス・ガスタービンを採用したフランスのブシャン発電所の発電効率は62%を達成。

開発チームはすでに64%の効率を実現するマシンのテストを開始しています。「物理的には何も変わっていませんが、効率化は何百万ドルもの価値を生み出します」とは、GEパワーのCTO(チーフ・テクノロジー・オフィサー)ジョン・ラマスの言。世界中の電力会社がこの動きに注目しており、中国においても哈爾浜電気集団公司(ハルビン電気)がGEと契約を締結。来年後半には中国初のHクラス・ガスタービンが導入される予定。

GEリニューアブルエナジーにも同様のシナリオが当てはまるでしょう。アルストムとの事業統合効果により、急成長を遂げている洋上風力発電と水力発電の市場で、同事業部門は着実に地歩を固めています。GEパワー同様、GEリニューアブルエナジーでも米国内に設置されている全13,000 基のGE製風力タービンがPredixにつながっており、1カ所の管理センターからすべての設備を遠隔監視することができるなど、デジタル化が効率的な運用を可能にしています。

いま、世界では新たな発電能力の50%は再生可能エネルギーが占めるようになると見られています。GEがタービンブレードメーカーのLMウィンドパワー社の買収を計画したり、サウジアラビアやロシアなどの新市場に進出しているのはそのためです。

デジタル技術の波は、歴史あるエネルギー産業のビジネスのあり方をも大きく変えようとしています。成功のシナリオは、今まさに書き換えられようとしているのです。

燃料の多様化①

原動機の燃料としては、都市ガス、天然ガス、灯油、軽油そしてLPGなど、汎用品とし流通し入手し易いものが、一般的に採用されるため、原動機の標準的な仕様は、これらの中から選ばれているでつ。

その他燃料で入手し易いものをお持ちの場合や、燃焼して熱利用にしか用いていない可燃物をお持ちの場合があるでつ。

そのような燃料をコージェネレーションの燃料代替または補助的な燃料として利用することにより、省エネルギーを図ることができるでつ。

石炭火力発電所における高精度な予兆検知モデルの共同構築および有効性の確認~ 電力会社とプラントメーカーが発電所運営の最適化に向けた協業

東京電力フュエル&パワー株式会社(本社:東京都千代田区、代表取締役社長:守谷誠二、以下「東電FP」)と三菱日立パワーシステムズ株式会社(本社:神奈川県横浜市、代表取締役社長:安藤健司、以下「MHPS」)は、昨年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。
その後両社は、火力発電分野におけるO&Mソリューション・サービス(以下「サービス」)事業化に向けた取り組みを進めてたでつ。

このたび両社は、東電FPの常陸那珂火力発電所(茨城県那珂郡東海村)において予兆検知モデルを構築し、これまで蓄積してきた過去の設備トラブル事例を用いて同モデルを検証することにより、その有効性を確認。

その一例として、同モデルの適用により、発電所停止の一因となるチューブリークを1か月前に予兆検知することができ、これにより緊急停止の回避やトラブルによる計画外停止期間の短縮等、発電設備のアベイラビリティの向上が認められたでつ。

 

 

両社は現在、具体的なサービスの展開に向けて、同モデルをフィリピンのティームエナジー社(TeaM Energy Corporation)が運営するパグビラオ(Pagbilao)発電所に適用し、高精度な運用を実現する取り組みを進めてるでつ。

また、国内外の他発電所の設備データと同モデルをIoTプラットフォームで活用し、サービスの開発を進め、今年度中を目標に、両社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としたサービスの提供を開始する予定。

今後両社は、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むとともに、化石燃料の使用量やCO2排出量の削減に貢献すべく挑戦してるでつ。

 

  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. ボイラーの配管に穴が開き内部の蒸気が漏れ出すトラブル。
  3. 運転可能な時間割合のこと。定期点検等の計画停止時間の短縮により向上し、緊急停止等の計画外停止により低下する。
  4. 丸紅株式会社と株式会社JERAが共同で事業運営しているティームエナジー社が、フィリピン共和国ルソン島南部ケソン州に建設した発電所のこと。出力:37.5万kW×2基、燃料:石炭、運転開始:1996年6月。
  5. 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。

次世代の火力発電としての「水素発電」の可能性⑥

水素発電及び海外からの大量の水素輸入は世界的にも例がほとんどなく、現在官民連携の下で実現に向けた取り組みが進められているという状況である。エネルギーとしての「水素」の社会での活用に向けて、本稿で紹介した大量の水素の供給・利用手段は水素の経済性などにも影響を及ぼし、大きな起爆剤となる可能性がある。

しかし、新たなエネルギーを社会に導入するということは容易なことではなく、継続的な取り組みが必要である。現在火力発電の燃料として重要な位置を占める天然ガスも、発電用燃料として液化天然ガスが日本へ輸入が開始されたのは40年以上も前のことである。

水素発電に関しても、今後社会への導入を目指すにあたり必要となる継続的な取り組みを支えるものとして、長期的なビジョンと社会からの受容性が重要である。そのためには、水素発電の特長となり得る環境性能やエネルギーセキュリティへの寄与に関してもより具体的な検討を深め、ビジョンの礎となる知見を蓄えていくことが一層必要になると考えられる。

次世代の火力発電としての「水素発電」の可能性➄

現在火力発電の形態としては大きく「汽力発電」(燃料を燃やしてボイラーで加熱した蒸気で蒸気タービンを回転させることで発電)と、「ガスタービン発電」(燃料を燃やして得られた高温ガスでガスタービンを回転させることで発電)があるが、水素発電の形態としてはガスタービン発電が主に検討されているでつ。

水素は天然ガスなどの他の燃料と比べて燃焼速度が速く、また火炎温度も高いために燃焼時にNOxが発生しやすいなどの特徴を持ち、燃料としての取り扱いが難しい。

現在までも水素を一定程度含んだガスを燃料とした発電は実績があるものの、水素の濃度が高い燃料を用いる際には水素燃焼に対応した設備の開発が必要。

国内では現在三菱日立パワーシステムズや川崎重工業などにより、水素対応のガスタービンの開発が進められているでつ。

次世代の火力発電としての「水素発電」の可能性④

水素の大量輸送にあたっては、どのような形態(キャリア)で水素を輸送するかという点も輸送効率の観点から非常に重要。

KHIさんはオーストラリアで製造した水素を低温で液化した上でLNG同様にタンカーで国内に輸入、水素発電で利用するというサプライチェーンを構想し、実現に向けた技術開発を進めているでつ。

また、千代田化工建設さんは有機化合物であるトルエンに化学反応で水素添加した有機ハイドライドを水素のキャリアとして利用し、タンカーで大量輸送、国内で必要な水素を取り出す、という技術を開発し、海外からの水素供給に向けての取り組みを進めているでつ。

次世代の火力発電としての「水素発電」の可能性③

経済産業省により策定された「水素・燃料電池戦略ロードマップ」(2014年6月発表、2016年3月に改訂)では水素社会実現に向けた取り組みの目標と計画が記載されてて、水素発電に関しては2030年頃の発電事業本格導入が目標。

水素発電実施に向け、特に重要となる要素と関連した取り組みに関して以下のとおり。

水素発電は燃料として大量の水素を必要とするため、大量の水素製造源が不可欠。

水素製造源として現在検討されているのが、海外の未利用エネルギーの利用。

たとえば、KHIさんはオーストラリアに大量に存在する褐炭(水分を多く含む低品位炭の一種。

乾燥すると発火の恐れがあり直接の輸送が難しい)からの水素製造にむけた取り組みを進めているでつ。

また、将来的には水力発電や風力発電などの再生可能エネルギーからの水素製造も構想されており、膨大なポテンシャルを持つ地域が水素製造先候補として検討中。

 

次世代の火力発電としての「水素発電」の可能性②

水素発電とは前項で述べた通り、火力発電の燃料として水素を用いるもの。

現在火力発電は石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料を燃料に用いるものが主だけど、水素発電には以下の特徴があるでつ。

 ①水素は燃焼時に水しか生成せず、CO2を排出しないという化石燃料にはない特徴があるでつ。

  ただし、水素は二次エネルギーであり他のエネルギーから製造する必要があるため製造方法によっては水素製造時にCO2が排出されうる点には注意が必要。

 ②水素は、採掘が可能な地域が限定される化石燃料とは異なり、様々な地域で様々なエネルギーから製造可能であると考えられるでつ。

  現在日本は化石燃料の多くを輸入に頼っているが、従来の化石燃料産出国とは異なる地域で製造した水素を燃料として利用することが出来れば、エネルギーセキュリティの向上にも寄与すると考えられるでつ。

次世代の火力発電としての「水素発電」の可能性①

近年「水素」をエネルギーとして用いる「水素社会」へ向けた取り組みが加熱しているでつ。

エネルギーとしての水素を利用する機器としては、「燃料電池」がまず挙げられるでつが、これに加え最近注目を集めているのが水素を火力発電の燃料として用いる「水素発電」。

現在日本では2030年頃の発電事業本格導入を目標に水素発電に向けた取り組みが開始されているでつ。

 

水素ガスタービン燃焼器

水素は、発熱量が大きい、可燃範囲が広い、燃焼速度が大きいといった燃焼に関する優れた性質が持っているでつ

端的にいえば非常にもえやすく、爆発の危険性も高い燃料。

したがって、水素燃焼器を開発する上では、これらの特長を十分に生かし、排気ガスをクリーンにすること、かつ、安全・安定に作動させることが重要となるでつ。

 

水素の特徴を生かすことで、燃焼器が小さくできるでつ。

燃焼器を小さくできるということは、空間的に省スペースとなるだけでなく、短い時間に多くの燃料を燃焼させられることも意味しているでつ。

すなわち水素をうまく燃やすことができれば、超小型で超高出力の燃焼器を生み出すことが可能。

 

だけど、多くの長所をもつ水素でも、燃料として用いる場合に問題になる点もいくつかあるでつ。

それは逆火とNOX

 

水素を燃焼させる方法として、これまでに旋回する空気流中に水素燃料を噴射して燃焼させる拡散燃焼方式と、水素と多量の空気とをあらかじめ混合した混合気に旋回をかけて燃焼させる希薄予混合燃焼方式の2つの方法について検討中。

 

拡散燃焼の場合には、水素火炎を燃焼器内に安定して形成させることができまるでつが、火炎温度が非常に高いため、温度を比例して空気中の窒素から生成するNOXの濃度が高くなるでつ。

 

一方、希薄予混合燃焼させる場合には、当量比を小さくすることで火炎の温度を低くし、NOX濃度を低く抑えることができたでつが、火炎が変動したり、逆火や燃焼器が共鳴を起こす振動燃焼が起こったりする場合があり、安全・安定に燃やすという観点からさまざまな問題があることがわかってきたでつ。

 

これらの研究成果をもとに、拡散燃焼での高い火炎安定性と、希薄予混合燃焼での低いNOX性のそれぞれのメリットを抽出した新しい燃焼方式による水素燃焼器の研究開発を進行させているでつ。

ポーランドでガス火力発電設備を初受注、LTSAも締結出力49万kWのジェラン(Zeran)GTCCコージェネ施設プロジェクト向け

ポーランドの国有石油・ガス会社であるPGNiG(Polskie Gornictwo Naftowe i Gazownictwo)の子会社向けに、ポーランドの建設業者Polimex Mostostal S.A.(PxM)とのコンソーシアムで、出力49万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)発電設備をフルターンキー契約で受注し、併せて長期メンテナンス契約(LTSA)も締結しました。首都ワルシャワ近郊のジェラン(Zeran)に建設されるコージェネレーション(熱電併給)施設の中核設備となるもので、運転開始は2020年の予定です。ポーランドで当社がガス火力発電設備を受注するのは今回が初めてとなります。

 今回のGTCCコージェネ施設は、PGNiG100%出資によるコージェネ事業会社のPGNiG Termika S.A.(Termika:テルミカ)が、ワルシャワの北方約10kmで運営するジェランCHP(Combined Heat and Power)プラントの敷地内に建設されます。本施設稼働後に、同敷地内の老朽化した石炭火力発電設備はその役目を終えます。新施設では発電能力が80%向上するため、電力だけではなく、ワルシャワ市民に廉価な地域暖房用の熱も安定して供給できます。

 受注した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されます。当社は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します。当社の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ます。その他プラント周辺機器の調達と土建・据付工事などを、PxMが手掛けます。

 また、当社の欧州拠点法人が、6年間のLTSA契約に基づき運転開始後、遠隔監視や技師の派遣を含めたGTCC発電設備の保守・管理を支援します。

 テルミカの社長であるウォルシェッチ・ドンブロフスキー(Wojciech Dąbrowski)は次のように語っています。「今回のGTCCコージェネ施設の建設はポーランド電力業界にとって重要な投資案件です。首都ワルシャワのエネルギー安全保障を改善する上でも不可欠です。高効率で最新鋭のガス焚き技術はIED(注1)やBAT(注2)等、欧州の厳しい環境保護基準を満たすことができるでしょう。これにより首都ワルシャワの大気をきれいにし、この地域の住環境を改善させるでしょう。」

 MHPS欧州拠点法人社長の内田聡は「テクノロジーリーダーとして、MHPSは信頼できる高品質の製品開発を継続しており、将来の発電ニーズに対しても理想的に応えることができます。私どもの製品を通じて、お客様が化石燃料を効率よく利用し、同時に環境負荷を低減することに貢献します」と述べています。

 コンソーシアムパートナーであるPxM社長のアントニー・ヨズボーヴィッチ(Antoni Józwowicz)は「コジェニッチェ火力発電所プロジェクトで培ったMHPSとの良好な協力関係を活かし、求められている性能の達成と納期遵守を成し遂げます」と述べています。

 ポーランドは世界有数の石炭資源国で、国を挙げて石炭埋蔵量の大部分を占める瀝青炭や褐炭を有効活用できる高効率石炭火力発電システムの導入や、環境負荷低減に役立つ総合排煙処理システム(AQCS:Air Quality Control System)の普及に力を注いでいます。一方で、同国南部に多い炭鉱の近くを中心に天然ガスも産出しており、国内ガス消費量の3割近くが自国由来です。PGNiGでは、大気環境保護ならびにエネルギー利用効率向上などの観点から、天然ガス燃料を活用した高効率発電の普及にも注力しています。

 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です。ポーランドにおける今回の天然ガス焚きGTCCコージェネ設備受注は、当社がGTCC発電設備を世界で多数納入し、技術・実績両面で市場の信頼を獲得していること、特にポーランド市場においてコジェニッチェ火力発電所やトゥルフ火力発電所など石炭火力設備および環境装置で大きな実績を持っていることが、高く評価されたことによるものです。

 MHPSは今後、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していきます

チュニジア電力・ガス公社向けガス焚き複合火力発電所建設工事契約!

チュニジア電力・ガス公社との間で、チュニジア共和国(以下「チュニジア」)ベンナラス県ラデスにおける発電容量450メガワットのガス焚き複合火力発電所(以下「本発電所」)の土木据付込み一括請負契約(EPC(注)契約)を締結。

本発電所の建設予定地は、チュニジアの首都チュニスから10キロメートル東に位置してて、稼働開始後にはチュニジア総発電容量の約1割を担う予定。

高効率で温室効果ガス排出量が少ないガスタービン・コンバインドサイクル発電(GTCC)を採用。

2019年5月の一部先行運転開始および2020年4月の全プラント運転開始。

総事業費は約380億円で、資金は国際協力機構の円借款によって賄われるでつ。

本発電所の建設において、MHPSは、M701F形ガスタービン、排熱回収ボイラー、蒸気タービンを供給するほか、据付・試運転期間中の指導員を派遣します。発電機は三菱電機株式会社製を採用。

また別途、MHPSの欧州拠点法人が6年間の保守契約を結んだでつ。

住友商事は発電設備の周辺機器供給ならびに土木据付工事を手掛けるでつ。

なお、MHPSは1985年にも同地域発電所向けにガス/油焚きボイラー・蒸気タービンを納入した実績を有してて、現在でも高い稼働率で運転されてるでつ。

チュニジアは、2011年のジャスミン革命による民主化以降経済成長が加速しており、チュニジアにおいて新規電源開発は喫緊の課題。

本発電所は、日本政府の推進する「質の高いインフラパートナーシップ」に資する案件として、日本の資金および技術を活用してチュニジアの逼迫する電力需要に応えるとともに、同国の基礎インフラ整備の一翼を担うでつ。

MHPSは、今後も資源の有効活用と環境負荷の低減に役立つGTCC発電設備をグローバル市場で提案することにより、持続可能性の追求と電力の安定供給に貢献してまいります。
住友商事が世界各国で取り組んできた発電所建設(EPC)の総容量は約50,000メガワットにのぼります。今後、豊富な契約履行実績と経験をもとに、世界規模での電力インフラ関連ビジネスを拡充し、インフラ整備を通じて各国の経済発展に寄与してまいります。

100%水素で発電するガスタービンの実現へ

水素を燃焼して発電するガスタービンの開発が進んでいるでつ。

水素と他の燃料を混焼する技術は確立してきたでつが、今後期待されるのは化石燃料を用いず、100%水素で発電できる水素専焼ガスタービンの開発。

工場内で得られる副生水素などを活用した経済的な発電が期待できるでつ。

一方、実用化に向けた課題の1つとして残るのが、燃焼時に環境へ影響を及ぼす窒素酸化物(NOx)が発生する点。

これを抑えられる燃焼技術が必要。

こうした技術開発に取り組んでいるKHIさんは、水素専焼ガスタービンを実用化する上で低NOxに貢献する「水素専焼ドライ・ロー・エミッション(DLE)」という燃焼技術の開発に成功(図1)。

ドイツで実施した燃焼試験において環境基準をクリアする低NOx性能を確認。

水素と空気の混合気を燃焼する際、燃焼温度が高温になるためNOxが発生しやすい状態になるでつ。

ガスタービンを利用した水素燃焼においてNOxが発生しやすい理由には、燃焼速度が速い水素を用いると燃焼が不安定になることや、火炎温度が高くなるという点が挙げられるでつ。

こうした要因により、天然ガスを燃焼した場合と比較して約2倍のNOxが発生してしまうでつ。

これらの課題を解決するために、微小な水素火炎を用いて逆火などの不安定な燃焼を抑える技術の開発を進めてきたでつ。

そして2014年度からは科学技術振興機構(JST)より委託を受け、この微小な水素火炎を用いた低NOx性能を持つガスタービンの燃焼器の開発に取り組んでいるでつ。

今回開発したDLEを適用した燃焼器で、ドイツのアーヘン工科大学が所有する高温/高圧燃焼試験設備で水素100%の燃焼試験を行ったでつ。

その結果、NOx発生量を大気汚染防止法の規制値である84ppmを下回る、40ppm以下に抑えられることを確認(図2)。

NOxの発生を抑えるには、水や蒸気の噴射して燃焼温度を低く制御するという方法もあるでつが、燃焼効率が落ちてしまうというデメリットもあるでつ。

今回、開発したDLEは水や水蒸気を用いないという点も特徴。

DLEの「D(ドライ)」はこのことを指しているでつ。

今後DLEのさらなる研究開発を進め、2017年を目標に燃焼器の完成を目指すでつ。

同時に燃焼器をガスタービンに搭載した場合の技術確立にも取り組んでいく計画。

タービン内再熱水素燃焼ガスタービンの研究①

現在、人類はエネルギーの多くを、ものを燃やすことで得ているでつ。

たとえば自動車のエンジンではガソリンを燃やしているし、家庭で暖をとるときは灯油かガスを燃やしているでつ。

電気は火力発電によって作られている場合が多いでつ。
一方で、燃焼の際に発生している二酸化炭素、窒素酸化物等の燃焼排気ガスが、地球温暖化、あるいは環境汚染物質として問題となってて、排出抑制が望まれているでつ。

そのための技術的アプローチは様々ですが、燃料を変えることでも実現できるでつ。

水素の利用を念頭に置いた研究を実施。

水素は燃えても水を発生させるだけで、SO、炭化水素、COを発生させず、NO低減も容易と考えられ、大気汚染をもたらさないクリーンな燃料。

また、二酸化炭素による地球の温室効果を軽減する次世代燃料としても期待されているでつ。

水素の特徴は燃料としては、単位質量あたりの発熱量が高く、また速い燃焼速度を有するでつ。

また、比熱と熱伝導率が高く、冷却材としての優れた特徴も併せ持っているでつ。

水素の持つこれらの特徴を生かして、タービン内再熱水素燃焼ガスタービンを提案するでつ。

タービン内再熱の概念図を図1に示すでつ。

再熱燃料(水素)はタービン翼を冷却しながら翼内部を流れ、翼後縁から主流ガス中に噴き出され、タービン流路内で着火・燃焼。

この方式では、複数回の再熱を実現することが容易であり、カルノーサイクルと同じ熱効率を有するエリクソンサイクルの等温膨張過程を近似的に実現することができるでつ。

つまり熱効率が高いと言うこと。

タービン内再熱の試験用に単段の試験タービンを製作し、各種の実験。

図2に試験タービンの概要図を示しでつ。

タービン上部に燃焼器を配置。

燃料は灯油。

燃焼ガスは下のタービンに流れていき、ロータ翼を回すことで出力を得るでつ。

再熱用水素はノズル翼(固定された翼です)後縁から吹き出されロータ翼との間の空間で燃焼。

この燃焼エネルギーがロータ翼によって回収されるでつ。
 実験の結果、タービン内再熱が機構的に可能であること、出力上昇を確認しました。

IGCC一貫生産体制構築に向けた「石炭ガス化炉工場」が竣工石炭ガス化炉の製造を開始

長崎工場(長崎市)で石炭ガス化複合発電(IGCC:Integrated coal Gasification Combined Cycle)プラントの主要設備を製作する「石炭ガス化炉工場」を完成させ、この程、石炭ガス化炉の製造作業を開始。

この工場の完成により、次世代の高効率石炭火力発電技術であるIGCCの一貫生産体制を長崎工場に構築することができるでつ。

また、この石炭ガス化炉は、勿来(なこそ)IGCCパワー合同会社(注1)が福島県いわき市で建設している出力54万kWのIGCC施設向けで、2018年6月から順次出荷する計画。

石炭を効率良くガス化するためには、高温高圧の環境が必要であり、石炭ガス化炉は、高温に耐えうるガス化装置と、それを高圧にするための圧力容器から構成。

石炭ガス化炉工場は、高温高圧に対応した製品を製作するために、従来の石炭焚き火力発電向けボイラー製造により培った溶接などの要素技術に加え、新たに独自開発した自動溶接装置、ITを駆使した生産方式を導入。

今回製造を開始した石炭ガス化炉は、工期短縮を目的に、輸送できる最大重量までモジュール化(ガス化装置と圧力容器の一体化)した後、建設現地へ輸送し、据付工事を行うでつ。

IGCCは、ガス化炉で石炭をガス化し、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた高効率のコンバインドサイクル方式で発電することで、従来の石炭焚き火力発電に比べ、発電効率を飛躍的に向上させ、CO2排出低減にも寄与する画期的な火力発電システム。

勿来IGCCパワー合同会社は、三菱商事パワー株式会社、三菱重工業株式会社、三菱電機株式会社、東京電力ホールディングス株式会社および常磐共同火力株式会社の5社が出資している会社。

水素専焼タービンの先導的研究開発等に着手⑤

 水素専焼は、天然ガスと水素との混合燃料ではなく、100%水素を燃料とした燃焼。ドライ低NOxは、ガスタービン高効率化のために蒸気/水の噴射をせずに低NOxを実現する燃焼器。従来燃焼器はNOx排出を抑えるために燃焼器に蒸気/水を噴射していたが、この蒸気/水の噴射はガスタービン効率低下を伴う。クラスタバーナは、小型バーナを複数個組み合わせた形式の燃焼器。 数値流体力学(CFD)解析は、流れの状態や燃焼反応に関する各種の方程式をコンピュータを用いて解き、現象を予測するシミュレーション手法。

450kWガスコージェネレーションシステムのリモートラジエータ仕様を開発~停電かつ断水時も定格出力を維持したまま運転継続を可能に

発電出力450kWのガスエンジンコージェネレーションシステム(以下、「ガスコージェネ」)において、新たに空冷式のリモートラジエータ仕様(以下、「本製品」)を共同で開発し、2017年6月1日より本追加仕様の販売を開始。
 従来の冷却装置は、冷却水を循環させる水冷式の冷却塔仕様(以下、「従来品」)でしたが、本製品は空冷式のリモートラジエータとすることで、常時の冷却水補給が不要となり、災害発生時等の非常時に停電かつ断水が発生した場合でもシステム運転を継続することを実現。
 また、従来の空冷式では、冷却塔仕様に対して発電出力を抑えながら運転する必要が生じる場合がありましたが、本製品では、エンジンを最適に制御することで、発電出力を抑えることなく定格出力での運転継続が可能。
 東邦ガスとMHIETは、本製品を病院や商業施設、オフィスビル、工場などに提案し、エネルギー利用効率が優れたシステムとして、ガスコージェネの更なる普及促進を図り、事業継続計画(BCP)、省エネルギー、環境への貢献に積極的に取り組むでつ。

従来の空冷式では、エンジンに流れる冷却水温が上昇した場合の性能低下・不具合発生を抑制するために、水冷式に対して発電出力を抑えて運転する必要が生じる場合がありましたが、本製品は、エンジン制御の最適化により冷却水温の上昇に伴う性能低下を抑制し、定格出力での常用稼働を実現。
(注1)リモートラジエータとは、ラジエータをエンジンと異なる場所に設置する冷却システム

冷却装置を空冷式のラジエータとすることで冷却のための補給水が必要なくなり、ユーティリティとして燃料ガスのみで発電装置の運転を継続することが可能。

従来品に搭載されていたBOS(Black out start)機能(注2)にラジエータによる冷却を組み合わせることにより、本製品では災害時に停電と断水が併せて発生した際にも、防災設備への給電、工場・ビルなどの保安設備への給電をより確実に行えるようになり、電源セキュリティを向上。
(注2)停電時に外部電源なしでエンジンを起動・給電する機能

都市ガス13A 低位発熱量40.60MJ/Nm3の時の換算値で裕度は+5%。
また、国際標準化規格(ISO 3046)による試験、計測方法にて効率を算出

水素専焼タービンの先導的研究開発等に着手④

これまで水素社会実現に向けた基礎的調査研究において、技術情報および内外の政策情報を集約した各種要請を反映し、技術開発シナリオ検討のフレームワークを完成させるとともに、想定されうる前提条件に基づく一通りのシナリオを作成。

 

今回の追加公募により、これまでの調査研究成果を継続、発展させるとともに、学理に根差した技術的革新性、社会的・組織的な合理性を付与させるでつ。

この研究によって、エネルギーシステム全体における水素エネルギーの位置づけを明確にするとともに、具体的導入形態の例示、開発中の技術の位置づけの明確化、および今後強化すべき技術等により、シナリオの精緻化を図るでつ。

水素専焼タービンの先導的研究開発等に着手③

数MW級の自家用発電向け水素ガスタービン発電において、キーコンポーネントとなる水素専焼ドライ低NOx燃焼器の研究開発を行うでつ。

数値流体力学(CFD)解析 を用いた流動、燃焼ガス分布の予測により、燃焼器形状の検討を行うでつ。

設計・試作した燃焼器は高圧水素燃焼試験を行い、低NOxで安定燃焼の達成を目指すでつ。

水素専焼タービンの先導的研究開発等に着手②

水素専焼対応型Dry Low NOx高温ガスタービンの研究開発でつなぁ~

数百MW級の発電事業者向け大型ガスタービンに適用可能な水素専焼ドライ低NOx※2 燃焼器の開発に向けて、クラスタバーナ※3 の大型高温化および燃焼器特性の評価等の技術開発を行うでつ。

燃焼器の構造成立性の検討、縮小モデルバーナの解析検討および設計・製作を行い、火炎形状の適正化、安定燃焼の実現、低NOxの実現を目指すでつ。

水素専焼タービンの先導的研究開発等に着手①

2014年4月11日に閣議決定された「エネルギー基本計画」では、水素を日常の生活や産業活動で利活用する社会である“水素社会”の実現に向けた取り組みを加速することが定められたでつ。

NEDOは「水素利用等先導研究開発事業」において、2030年以降の長期的視点をにらみ、将来の水素エネルギー利活用の本格化を見据え、再生可能エネルギーを利用した水素製造およびエネルギーキャリアを用いた水素の貯蔵・輸送における要素技術の研究開発を実施。

今般、将来の水素需要の創出に向けて水素発電の本格導入が検討されている中、2030年以降の実用化を目指し、発電効率を下げずに低NOxを達成するドライ型水素専焼※1 ガスタービン燃焼器の要素技術開発2テーマを新たに追加。

また、この事業では開発する技術の速やかな実用化・普及と技術課題の明確化、将来の技術課題・シーズの発掘を目指し、普及シナリオを作成していますが、水素社会実現までのシナリオ調査研究について、研究体制を刷新し、水素エネルギーに関する技術進展の将来予測について分析・評価等を行い、シナリオへの反映、精緻化を図りるでつ。

大型水素タービン技術①

水素タービンの開発…

各メーカ力入ってきたでつなぁ~

だけど開発スピードはもっと速くしないと…

ウズベキスタンでコージェネレーションシステム実証に本格着手―従来比38%の省エネ化と電力・熱の安定供給目指す

KHIさんが、NEDOと丸紅ユティリティ・サービス(株)で、ウズベキスタンのフェルガナ市でガスタービンコージェネレーションシステムの実証事業を開始。

順次、設備の導入や実証を進め、2020年度末までに同市内の実証サイト2カ所へガスタービンコージェネレーションシステムを実装し、従来比38%の省エネルギー化および電力と熱の安定供給の実現を目指すでつ。

ポーランドの首都ワルシャワに事業統括機能を備えた新事務所を開設先進的な石炭火力発電システムやAQCSの需要開拓を強化

ポーランドの首都ワルシャワに17日(現地時間)、新しい事務所(Poland Branch Office)を開設。

これまで同市内の2ヵ所に分かれていた、当社の欧州拠点法人が運用する事務所と、当社が同国内で受注したプロジェクトの遂行を手掛ける事務所を一体運営し、同国における事業展開の統括機能を持たせることにより受注拡大につなげるのが狙い。

新ポーランド事務所を通じ、先進的な石炭火力発電システムや総合排煙処理システム(AQCS:Air Quality Control System)などの整備計画に関する商談開拓や顧客への提案を強化。

新ポーランド事務所は、欧州拠点法人が事務所を置いていたワルシャワの中心街で新たな場所を選び、そこで同事務所とフレデリック・ショパン国際空港の近くにあった当社直轄のプロジェクト遂行事務所を一体で運営するために開設したもの。

周辺には同国の政府機関や電力企業各社の本社もあるでつ。

現地では同日、開所式典が開催され、ポーランド政府を代表してエネルギー省(MoE:Ministry of Energy)幹部、在ポーランド日本大使館からは松富重夫特命全権大使のほか、現地の電力エネルギー業界、商社などから来賓が多数臨席。

ポーランドは世界有数の石炭資源国で、総発電量の約9割を石炭火力で賄ってるでつ。

同国では2015年に発足した現政権が、エネルギー安全保障強化の観点から国内炭鉱業の再編・活性化を目指してMoEを新設。

政府主導で、炭鉱の再編・合理化に取り組む一方、石炭埋蔵量の大部分を占める亜瀝青炭や褐炭などの低品位炭を有効活用できる高効率石炭火力発電システムの導入や、環境負荷低減に役立つAQCSの普及に力を注いでいるでつ。

幅広い炭種に対応可能な独自の高効率燃焼技術を保有しており、同国向け石炭火力発電設備において大きな実績を持っているでつ。

現在、同国の発電会社であるエネア社(ENEA Wytwarzanie S.A.)が運営するコジェニッチェ(Kozienice)火力発電所の11号機建設プロジェクトで、出力107万5,000kWの瀝青炭焚き超々臨界圧火力発電設備を受注、2017年12月の運転開始に向けて建設中で、同発電所の1、2号機向けには選択触媒還元法(SCR:Selective Catalytic Reduction)による先進的な排煙脱硝設備を受注し、昨年に設置を完了。

また、ポーランド国営電力会社(PGE:Polska Grupa Energetyczna S.A.)が運営するトゥルフ(Turów)火力発電所の11号機建設プロジェクトでは、出力45万kWの褐炭焚き超々臨界圧火力発電設備を受注。2020年半ばの運転開始に向けて建設を進めているでつ。

MHPSは今後、新ポーランド事務所を通じて、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)をはじめ環境に配慮した多様な高効率発電システムや先進的AQCSを提案・提供することにより、同国の旺盛な発電需要に応え、経済発展に貢献するでつ。

やっぱり…

水素ガスタービンコンバインドサイクルの普及はインフラの整備でつなぁ~

政府が動いても対応が遅いでつなぁ~

でも水素社会へ動き出してるでつなぁ~

ガスタービン、大型蒸気タービン、産業用事業の工場を製品ごとに集約化国内製造拠点の再編および事業再配置によりPMI活動のさらなる進化へ

国内製造拠点の再編および事業再配置についての概要を決定。

PMI(Post Merger Integration:合併・買収後の統合推進)活動のさらなる進化に向け、ガスタービンを高砂工場(兵庫県高砂市)、大型蒸気タービンと水車を日立工場(茨城県日立市)、中小型の産業用事業を長崎工場(長崎市)および当社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にそれぞれ集約するのが柱。

2017年度末にはほぼ完了する予定。

製品ごとに工場の集約化を行うことで、生産性向上と資産活用の促進をはかるとともにサプライチェーンの整流化によりコスト競争力の強化につなげ、火力発電システム・環境装置分野における“世界No.1プレイヤー”の実現を目指すでつ。

ガスタービンについては、横浜工場のガスタービン高温部品の製造機能と、日立工場の中小型ガスタービン製造機能を高砂工場に移管。

これに併せて、EPC(エンジニアリング・調達・建設)、設計、サービスについても、東京湾岸地域周辺のサービスは地の利のある横浜工場で対応する以外、高砂工場に集約。

一方、日立工場には、高砂工場および長崎工場の大型蒸気タービンならびに高砂工場の水車製造機能を移管。

これに併せて、品質保証、調達、設計、サービスも日立工場に集約。

また、高砂工場の原子力タービンの製造機能についても、今後の市場状況その他を見極めた後、将来的に日立工場に集約する予定。

本社などで手掛ける中小型の産業用事業については、蒸気を再加熱して熱効率を高める再熱サイクルを備えた比較的大出力の設備案件(再熱案件)を遂行する機能を長崎工場に移管し、すでに同工場への移管を完了している製造機能と併せ、現在各拠点に点在しているリソースを集めて有効活用できる体制。

また、今後需要拡大が見込まれるバイオマス発電分野など再熱サイクルを採用しない設備案件(非再熱案件)を遂行する機能を、MHPS-IDSに移管。

MHPSは、国内製造拠点の再編および事業再配置を通じて、仕事の手順やシステムの統一、生産設備の稼働率向上、不要設備の廃却による固定費の削減、サプライチェーンの整流化、土地資産の有効活用を加速する一方、今後も各拠点が立脚する地域の自治体をはじめステークホルダーとも緊密に連携しながら、さらなるシナジー追求により収益力およびグローバル市場での競争力強化を推進していくでつ。

自前は…

自由化で自前とか相互とか多くなってきたでつなぁ~

火力発電設備向けデジタルソリューションMHPS-TOMONIの機能強化へOSIsoftとマイクロソフトが開発したRCIPに参加

OSIsoft, LLC(OSIsoft、本社:米国カリフォルニア州)とMicrosoft Corporation(マイクロソフト、本社:米国ワシントン州)が共同開発した高度ICT(情報通信技術)プログラムの「レッドカーペット・インキュベーションプログラム(Red Carpet Incubation Program:RCIP)」に参加し、火力発電設備の運転を最適化するデジタルソリューションプラットフォーム「MHPS-TOMONI(トモニ)」の機能を強化するでつ。

OSIsoftとマイクロソクトの協力により、設備の計画外停止を最小限に抑えるなど運用効率を高めて火力発電所のデジタル転換を推進していくのが狙い。

RCIPは、OSIsoftとマイクロソクトの包括的な協業によるもので、高度なデータ分析を迅速に行うことを可能。

データ分析者たちがクラウドベースの分析プラットフォームやビジネス情報アプリケーションで使えるように運用データを整理する場合、データ量は1日当たり数百テラバイトに達して膨大な時間がかかりるでつが、RCIPにより実現する完全制御されたビッグデータおよび高度な分析プラットフォームを活用することで、コストと時間ならびに労力を大幅に削減できるでつ。

MHPSは、MHPS-TOMONIをOSIsoftのPI SystemやマイクロソフトのMicrosoft Azureといった信頼できるソウトウエア上で開発することにより、短期間で新しいサービス事業をサポートするための安全で使いやすいプラットフォームを開発できるようになったでつ。

「MHPSはOSIsoftやマイクロソフトなど世界中の信頼できるパートナーとチームを組み、ビッグデータを活用して発電プラントの運用効率を改善します。RCIPへの参加により、当社のデジタルソリューションサービスであるMHPS-TOMONIの機能はより強化されます。当社はMHPS-TOMONIを通じて、発電プラントの価値を高めるさまざまなアプリケーションを発電事業者に提供していきます。」

MHPSは、RCIPを通じてOSIsoftと協業関係のさらなる緊密化をはかり、火力発電設備の効率的運用に貢献するでつ。