Recommended
More Related Content
What's hot
Similar to 木質バイオマスエネルギー協会講演「Orcシステムの技術とコスト」
Similar to 木質バイオマスエネルギー協会講演「Orcシステムの技術とコスト」 (20)
More from kukiyuu
木質バイオマスエネルギー協会講演「Orcシステムの技術とコスト」
- 2. ORCシステムの位置づけ ORCシステムの特性 導入例 コスト構造 導入のポイント 講演の流れ 2
- 8. ORCシステムの優位性 1. 小規模でも発電効率高い 2. 熱と合わせた高いエネルギー効率 3. 低負荷運転・出力変動に強い 4. 熱媒体の使用圧力・温度が低い 5. メンテナンスが容易 6. 燃料の許容の幅が広い 7. 無人運転が可能（欧州の場合） 8. 必要な有資格者（B・T主任技術者）のハードルが低い 8
- 9. ORCシステムのエネルギー効率 9 出典：1st Renewable Energy Technologies, LLP.資料 発電出力600kW規模でもボイラ効率併せて発電効率16％（ORC単体19％） 熱と合わせると80～90％の総合エネルギー効率
- 11. 11 燃料の許容の幅 出典：Kohlbach社HPより 階段式ストーカ炉ファーネス部 階段式ストーカ炉ファーネス内部 ファーネス内部での燃焼の様子 油圧プッシャーによる燃料投入 ストーカ炉との組み合わせにより、燃料基準の幅が比較的広い 60％W.B.程度の生木も乾燥せずに受け入れ可能（平均50％W.B.程度） 多少の長尺も対応可能 枝葉、バークの受入も対応可能、欧州では馬糞や食品残渣を燃焼している 例も
- 12. 常時監視・有資格者の要件 12 ドイツ 日本 B・T主任技術者の選任 不要 必要 ※ただし選任の緩和措置により、 5,000kW未満であればボイラー技士2級、 高校機械科卒などにとって代わる 常時監視 不要 作業媒体の制御・監視装置の設置、及び 非常時に遠隔アラームでの通報によりオ ペレーターが駆け付けられる体制を整備 必要 メンテナンス 年に一度の定期検査 定期事業者検査の規程に準ずる ボイラー2年に一回、タービン4年に一回 の分解点検を要する 表 独・日におけるORCの運用要件の比較 ボイラー・タービン主任技術者は一定規模・圧力（発電出力5,000kW 未満、使用圧力1,470kPa未満）の火力発電所については許容要件 が設定されており、ORCはこれに該当する 経済産業省がORCの常時監視の緩和についての検討を開始 ⇒規制緩和が順調に進めば来年度あたりから、一定条件の下で ORCの常時監視が不要（遠隔常時監視制御？）となる可能性も
- 13. ORC導入上の課題 ●電気事業法の溶接事業者検査、安全管理審査対応 • 国産でバイオマスを熱源としたサーマルオイルボイラーとORC発電ユニットで実績を有する 技術がない。一方、欧州には実績有る技術、設備が豊富に存在。 • 海外技術の導入にあたっても、日本の電気事業法に規定されている「技術基準」に適合し た設備の設計、政策が義務付けられている。（使用材用（JIS or ASME）、強度計算法、安全 措置、監視計器、溶接施工法、溶接技師が詳細に規定される。） ●作業媒体の消防法対応 • 危険物に該当するサーマルオイル、及びシリコンオイルの使用、保管に対する消防法上 の取り扱いは地元消防の判断 • 施設設計にも関わってくるため判断基準の一元化が望まれる 13
- 14. 欧州におけるORC発電の普及実態 地域熱供給 製材所/ 木材乾燥など MDF製造 ペレット製造 1.3MW 2.2MW 1.8MW 1MW <700kW 1MW HRS 200kW 図 ORCの規模別導入実績 図 ORCの熱利用用途別導入実績 熱電併給型のバイオマス発電技術として近年、欧州で普及 が進んできたのがORC発電である。 小規模でも高い発電効率と割安なランニングコストといった 優位性を生かし、発電出力2MW以下の規模帯で導入が進 んでいる。 ドイツではEEG法による中小規模コジェネに対する政策的 後押しもあり、ORC発電の導入が着実に進んでいる。 欧州では、トップランナ―である伊・ターボデン社（三菱重工 業G）の設備だけで既に300基の導入実績を誇る。 農業/ハウス栽培 /その他 熱利用先 発電規模 発電のみ 蒸気タービン 図 ドイツのバイオマス発電の技術別導入数 出典：日独バイオマスデー、2013.11.5、ドイツバイオマス研究 センター、アレクサンダー・クラウツ氏資料 ORC ガス化 ビル空調 出典：筑波大学名誉教授熊崎実氏講演資料 表 ドイツEEG法におけるバイオマス発電の買取条件 （ユーロセント/kWh） コジェネが絶対条件・小規模優遇 出典：Turboden社HPより 14
- 16. ORC導入事例②：ペレット工場 Wun Bioenergie （ドイツ） （施設概要） 原料利用量 ： 発電用チップ年間14,000t ペレット原料オガ粉年間35,000t 発電出力 ： 800kW（FITで売電（年間フル稼働で日 本の場合1400世帯分）） 熱出力 ： 3,200kW（ペレット原料乾燥用） ペレット生産能力 ： 年間最大35,000t 施設整備費 ： 1,300万€（約17億円） 稼動開始：2011年 従業員数 ： 10名 出資 ： Wunsiedel市エネルギー会社が50％以上、 地元製材会社（年間丸太取扱量25万㎥）、 German Pellet社（ペレット商社）、その他 •Wunsiedel市（人口1万人）の市主体のエネルギー供給施設。 •100年前から市がエネルギー供給会社を運営。CO2削減、 脱原発、地域の産業振興を目的に、エネルギーの地産地 消に挑み、2020年に熱100%自給、電力120%生産を目指す。 •ペレット工場のインフラとしてORC発電設備を導入 •域内の3か所のサテライトCHPプラントでペレットを活用した 地域熱供給、電力供給も実施。 16
- 17. 欧州の事例③：温浴施設 Aqua Dome （オーストリア） （AquaDome施設概要） 施設用途：温泉リゾート施設（温泉・サウナ・ホテル） 敷地面積：50,000㎡ 浴槽表面積：2,200㎡ 集客：700～1,000人/日 （ORCコジェネ施設概要） 運営：自治体とエネルギー会社による第三セクター 発電出力：1,100kW（地域に小売り） 熱出力：6,500kW（サーマルオイルボイラ） 4,000kW（温水ボイラ：冬季のみ稼働） 熱供給先：Apua Domeに加えレンゲンフェルト市の 4000世帯に熱供給（パイプライン全長 19km） ・オーストリアチロル地方の温浴施設の温泉の加温・給湯に ORCコジェネプラントから供給される温水を利用（配管距離 3km） ・コジェネプラントは自治体とエネルギー供給会社による3セ クのエネルギー会社が運営、地域熱供給のパイプライン は全長19km ・この地域は灯油系のインフラはなく熱源はバイオマスのみ 17
- 18. ORCシステムのコスト構造 18 年間費用 （千円/年） 発電コスト （円/kWh） ※熱収入なし 発電コスト （円/kWh） ※熱収入勘案 備考 資本費 65,000 10.4 -1,300千円/kW 燃料費 232,734 37.2 - 運転維持費 90,999 14.6 -人件費、メンテナンス費、用益費、灰処分費、土地代、他 合計 388,734 62.2 26.5売熱収入223,459千円/年 P-IRR 7.9％ 熱収入勘案時の事業IRR（税引き前） 10.4 26.5 37.2 14.6 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 発電コスト ※熱収入勘案せず 発電コスト ※熱収入勘案 資本費 燃料費 運転維持費（円/kWh） 売熱収入 35.7円/kWh-el 2.2億円/年 62.2円/kWh 26.5円/kWh 注）コストは事業期間20年の平均値として算定 稼働時間 数量 単位 備考 発電出力 985 kW 送電端出力742kW 稼働時間 8424 ｈ 351日・24h稼働 熱利用率 65 ％ 年間発電量 8,297,640 kWh/年 年間売電量 6,248,081 kWh/年 年間売熱量 4,998,465 kWh/年 4,095kW×8424h×65％ 売電単価 40 円/kWh FIT未利用木材 売熱単価 10 円/kWh 燃料消費量 24,498 t/年 水分50％W.B. 燃料単価 9,500 円/t 全木チップ、水分50％W.B. （1,900kcal/kg） オペレーター 4 名 管理者1名、作業員3名 ■ORCシステム（発電出力1,000kW、CHP）の発電単価
- 19. 事業性の感度分析 19 ■熱利用率による感度分析 熱利用率 ％ 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 発電コスト （熱収入勘案） 円/kWh 45.7 43.0 40.2 37.5 34.7 32.0 29.2 26.5 23.7 20.9 18.2 15.4 12.7 P-IRR ％ -7.8 -3.0 0.0 2.3 3.9 5.4 6.7 7.9 9.1 10.1 11.2 12.2 13.2 発電出力1000kWで前提条件は前述のコストモデルと同条件 ■燃料単価による感度分析 未利用木材 価格 円/t 12,00011,50011,00010,50010,000 9,500 9,000 8,500 8,000 7,500 7,000 発電コスト （熱収入勘案せず） 円/kWh 72.0 70.1 68.1 66.1 64.2 62.2 60.3 58.3 56.3 54.4 52.4 発電コスト （熱収入勘案） 円/kWh 36.3 34.3 32.3 30.4 28.4 26.5 24.5 22.5 20.6 18.6 11.6 P-IRR ％ 3.0 4.2 5.2 6.2 7.1 7.9 8.7 9.5 10.3 11.0 11.8
- 20. FIT区分（燃料種）による事業性ケーススタディ 20 前提条件は前述のコストモデル（発電出力1,000kW）と同条件とし、燃料種をFIT区分の 異なる2種でそれぞれ燃料単価を設定し、事業性を比較検証 〇燃料価格：未利用木材；10,000円/t、一般木材；5,000円/t 〇買取条件：未利用木材；40円/kWh、一般木材；24円/t 65,000 244,98 3 90,999 支出 資本費 燃料費 運転維持費 223,459 249,923 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 450,000 500,000 売上 売熱収益 売電収益 営業利益 72,400千円 223,459 149,955 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 450,000 500,000 売上 売熱収益 売電収益 65,000 122,49 3 90,999 支出 資本費 燃料費 運転維持費 営業利益 94,922千円 図 未利用木材モデルの単年度収支（20年平均） 図 一般木材モデルの単年度収支（20年平均） 年間売上 473,382千円/年 年間費用 400,983千円/年 営業利益 72,400千円/年 P-IRR（税引き前） 7.1％ 年間売上 373,414千円/年 年間費用 278,493千円/年 営業利益 94,922千円/年 P-IRR（税引き前） 8.6％
- 21. 小規模バイオマスコジェネ事業成立のポイント 雑多な燃料を安価に調達（枝葉、バーク、産廃系） 林業、製材業と一体的なサプライチェーンの構築 実績あるリーズナブルな技術の選択 最小人員でのオペレーション 計画段階からの熱利用主体のシステム設計・事業構築 温水利用システムの普及 熱需要変動に応じたプラントのオペレーション 蓄熱槽などを活用した熱エネルギーマネジメント 上流から下流までの一体的な事業運営 21
- 23. デマンドサイドからの事業構築 23 小規模コジェネの場合、売熱による事業収入（あるいは粗便益創出）が重要 上流サイド・プラントサイドから事業構築し、熱利用先を見つけるのは非常に難しい 熱需要が見込まれるサイトでの案件形成、熱ユーザーが自らのエネルギーシステ ムの最適解としてバイオマスコジェネを選択 さらに燃料供給側からプラント運営、エネルギー利用まで上下流連係での事業体 性構築がポイント エネルギー 転換 燃料供給 エネルギー 利用 熱需要の規模・パターンによりプラント 規模・運転パターン・マネジメントシステ ムを検討 これまでのFIT発電所の多くがプラント の採算性ありきで事業構築されてお り、燃料計画から無理な規模感やエネ ルギー収支の低い計画も散見される 既存 産業 バイオマスの熱を使ってい かなる高付加価値商品・ サービスを生み出すか 上下流連係の体制構築 （燃料供給側とエネルギー利用側が共同出資してプラント運営など）
- 25. 低温熱利用システムの普及 25
- 26. 売熱の事業リスク 26 【FIT売電事業】 • 契約形態・単価はFIT制度のルールの中で確定 • 20年に亘る買取と売電単価の長期保証 【売熱事業】 • 規模や供給形態によっては熱供給事業法（適用要件：加熱規 模21GJ/h以上、etc…）による契約上の制約 • 熱供給事業法適用外（多くがこの例）の場合、自ら契約形態・単 価のルールを策定 • 原燃料の市場価格変動リスク • 熱供給先の脱退リスク • 将来にわたる変動リスク等を踏まえたルールづくりとマネジメン ト
- 27. 小規模発電≠小規模コジェネ 27 ＜小規模木質バイオマスコジェネのハードル＞ まとまった熱負荷の供給先の確保 売熱の事業リスク 自己責任の売熱スキームと事業構築の煩雑さ 低温排熱の利用システムの普及の遅れ ＜小規模木質バイオマスコジェネのメリット＞ 高いエネルギー効率とCO2削減効果 地域資源の有効活用 熱利用サイドも含めた高い地場産業振興効果 エネルギー事業を端緒とした地域経済効果（域際収支改善・域内経済循環促 進） 発電のみの事業と比較して高い地域効果を鑑みて、コジェネレーションを推 進するためのFIT施策の進化や熱エネルギー利用サイドの技術開発・普及 策などの推進が求められる。
- 28. 28 ≪木材産業における導入≫ ・大規模木材製材・集成材等の中低温乾燥 ・農業施設併設で温水供給のモデル化 ≪温浴施設など地方版の面的開発エリアへの導入≫ ・ベルトドライヤによるペレット原料おが粉乾燥 ・ガス化発電設備との組み合わせによる多段階コジェネ 木材乾燥 ペレット原料乾燥 • 温浴施設のインフラとして導入 • 地産池消型の新たな観光・商業集積 拠点への導入 温浴リゾート施設 エネルギー需要のある所にインフラとして導入し、将来的にはFITに依存しないモデル構築を目指す 原料供給サイドとエネルギー（特に熱）利用サイドに雇用・産業創出を図り、地方創生を後押し 地方創生、エネルギー、環境、防災、福祉などあらゆる社会的課題を踏まえたコンセプトメイキング • 地方の中核的市街地で分散エネルギーシステムとして導入 • 地方の人口減少・高齢化が益々深刻化する中、高齢者を対象とした共住・生 活・福祉機能集積エリアにセントラル方式での熱供給システムとして導入 地方版コンパクトシティ・分散エネルギーシステム バイオマスコジェネの今後の展開イメージ―ORCを例に―