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石炭ガス化複合発電(せきたんガスかふくごうはつでん)(Integrated coal Gasification Combined Cycle, IGCC)とは、石炭をガス化して利用する発電方式。ガス化方式によって酸素吹きと空気吹きの2方式がある。

目次

概要編集

コンバインドサイクル発電ガスタービン蒸気タービンを組み合わせて発電する方法)を使うことで、従来の石炭火力発電より高い熱効率で発電することができる。具体的には、1,400℃~1,500℃級IGCC商用機の場合、送電端で低位発熱量基準48~50%程度の熱効率が実現でき、これは従来の超臨界圧石炭火力発電(SC)や超々臨界圧石炭火力発電(USC)の40%程度より高く、開発中の先進超々臨界圧石炭火力発電(A-USC)と同等の効率である。これにより、従来の石炭火力より20%少なく石油火力とほぼ同等のCO2排出量と、LNGコンバインドサイクル発電と同等のSOxNOx・煤塵排出量で発電が可能となる。また従来の石炭火力発電では使うことが出来なかった低品位炭が利用できるため、燃料費のコスト削減や燃料調達先の多様化によるエネルギーセキュリティの向上が期待できる[1]

日本では、経済産業省の支援の下で電力会社9社等の11法人が中心となって共同で開発に取り組んできた。1986年度(昭和61年度)から1996年度(平成8年度)までにパイロットプラント試験、1997年度(平成9年度)から2001年度(平成13年度)までに要素研究や設計研究を行い、2001年度から2012年度(平成24年度)までにクリーンコールパワー研究所が、常磐共同火力勿来発電所構内において、将来の商用機の二分の一の規模で発電効率・燃焼温度・発電量が少ない、42%・1,200℃・25万kW級の実証機の実証試験に取り組んだ(運転試験は2007年度から)[2]。この開発で大きな役割を果たしたのが三菱重工業で、結果として同社は世界で初めて空気吹き・酸素吹き双方の石炭ガス化技術の開発に成功した企業になった[3]

2013年4月1日から、クリーンコールパワー研究所を吸収合併した常磐共同火力が、空気吹きの実証機を転用した勿来発電所10号機の商用運転を開始した[4]

2017年には大崎クールジェン株式会社が大崎発電所で酸素吹き実証機の実証運転を開始した。

酸素吹きと空気吹きの違い編集

石炭ガス化の際に酸素を使うと生成ガスに窒素が混入しないため中カロリーの合成ガスC1化学原料)ができ、空気を使うと生成ガスに窒素が混入して純度の低い低カロリーガスができる。一方、酸素吹きのためには空気中から酸素を分離しなければならず、そのための設備が別途必要になる。空気吹きは空気をそのまま使えるので余分な設備は不要である。

空気吹き石炭ガス化のメリット編集

大きな動力が必要な酸素製造工程が不要で、建設費や運営コストを抑えることができる。

  • 関連プラントが不要で、単独で運転できるので用地確保がしやすい。外部の影響を受けずに連続運転ができるだけでなく、保守スケジュールも立てやすいので稼働率を維持しやすくなる。


酸素吹き石炭ガス化のメリット編集

空気吹きよりも高カロリーのガスが発生するので高出力化しやすい。 また、電気余剰時は人造石油や水素製造を行う多能生産設備に設計可能で、「バックアップ電源の休業損失問題」が発生しにくい。

  • LNGを気化するときの冷熱を利用すれば酸素製造に必要な電力を1/10にカットできるので、LNG火力発電所のようにLNGを大量に使用する施設に併設する場合には高出力な酸素吹きの特性が活かしやすい。
  • 酸素吹き石炭ガス化で発生するガスは、合成ガスとしてC1化学の化学原料となる。このため、電気が余剰な場合には発生させたガスを化学プラントに供給したり、フィッシャー・トロプシュ法により人造石油に転換したり、あるいは合成ガスから分離した水素をアンモニア工場に供給するなどして、発電以外の方法で収益が得られる。ただし、ガスのまま利用する場合は関連プラントを集積してコンビナート化するか、プラント間にパイプラインを設けることが前提となる。この場合、関連プラントのどれかが停止しただけで全体が止まる懸念がある。また、関連プラントとの間で保守スケジュールの調整が必要で、稼働率が維持するのが難しい。
  • 水の電気分解による水素製造が大規模商業化された場合、副産物として発生する膨大な酸素が利用できるので酸素製造設備は不要になる。ただし、発電で使うためには大量の酸素を連続して供給する必要があるため、近隣に水電解施設があるか、パイプラインで酸素供給が可能であることが求められる。

日本国内の発電所編集

  • 勿来発電所10号機 -空気吹き、出力:25万kW、発電効率(送電端、低位発熱量基準):42%、ガスタービン燃焼温度:1,200℃級、2013年商用運転開始
  • 大崎発電所(大崎クールジェン ) - 酸素吹き、出力:16.6万kW、発電効率(送電端、低位発熱量基準):42.7%、ガスタービン燃焼温度:1,300℃級、2017年実証運転開始[5]
  • 福島復興大型石炭ガス化複合発電設備実証計画(勿来) -空気吹き、出力:54万kW、発電効率(送電端、低位発熱量基準):48%、ガスタービン燃焼温度:1,400℃級、2020年運転開始予定[6]
  • 福島復興大型石炭ガス化複合発電設備実証計画(広野) - 同上、2021年運転開始予定

参考文献編集

脚注編集

  1. ^ エネルギー政策の目玉、新技術「IGCC」とは、PRESIDENT Online 2012年11月4日
  2. ^ 実証計画概要、クリーンコールパワー研究所
  3. ^ 挑戦者たちのストーリー 石炭ガス化技術篇、三菱重工
  4. ^ IGCC(石炭ガス化複合発電)”. 常磐共同火力株式会社 (2013年4月1日). 2013年4月2日閲覧。
  5. ^ 大崎クールジェンプロジェクト
  6. ^ 勿来IGCC次期大型IGCCの建設計画 p35 常磐共同火力