代替エネルギー

2011年6月 2日 (木)

節電と共に代替エネルギーについても考えなきゃ!(2)

こんな記事があることをツイッターで知りました。

気になる箇所にを付けました。

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日経BPネットの記事より

猪瀬直樹の「眼からウロコ」

脱原発への現実的な代替エネルギーを考える

川崎天然ガス発電所を視察、省スペースで高効率発電

2011年05月31日

 原子力発電を減らして行くには、代替エネルギーが必要だ。10年、20年先の将来的な話ではなく、現実的な解決策として、今回は「コンバインドサイクル発電所」を紹介する。

川崎天然ガス発電所の発電効率は58%を実現

 5月23日、原子力発電に代わる天然ガス火力発電とはどういうものかを知るために、川崎天然ガス発電所を視察した。川崎天然ガス発電所は、東京ガスとJX日鉱日石エネルギーが出資して設立した非東電系の発電所で、2008年から営業運転を開始している。

 普通の火力発電所は、水を沸騰させて蒸気をつくり、蒸気タービンを回して発電している。蒸気を使う点では蒸気機関車も同じで、蒸気によってシリンダーを往復運動させ、それを動輪の回転に変える。沸騰水型の原子力発電も蒸気タービンで発電しているから、汽車の時代から原発の時代まで、蒸気のエネルギーを使うという仕組みは基本的に共通していると言える。

 この川崎天然ガス発電所は、蒸気タービンとガスタービンを使った、二重の発電方式を組み合わせる「コンバインドサイクル発電所」だ。まず、液化天然ガス(LNG)を高温で燃焼させ、ガスタービンを回して発電する。さらに、その排熱を利用して水を蒸気に変え、蒸気タービンを回転させて発電する。しかも、蒸気タービンは高圧・中圧・低圧の3つあり、排熱を順々に3回も利用する。1粒で4度もおいしい、非常に賢いやり方である。

 このため発電効率に優れている。おもに蒸気タービンだけを使う東京電力の火力発電所の発電効率の平均は42%だ。100のエネルギーを持つ燃料に対して、4割しか電気を取り出していない。これに対して川崎天然ガス発電所では、ガスタービンで38%、排熱による蒸気タービンで20%、合わせて58%の発電効率を実現している。東電・火力発電所の約1.4倍の高い発電効率となっている。

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upwardright図では蒸気タービンが1つしか描かれていないが、川崎天然ガス発電所では蒸気タービンが3つあり、高圧蒸気・中圧蒸気・低圧蒸気を3段階で利用する仕組みになっている(資料:川崎天然ガス発電株式会社)

敷地がとてもコンパクト、しかも緑地を約25%も確保

 少人数で運用している点も特徴的である。東京電力は年間2900億キロワット時を7100人で運用しており、1人当たりでは4000万キロワット時となる。一方、川崎天然ガス発電所は年間37億キロワット時を25人で運用していて、1人当たりは1.5億キロワット時だ。総発電量は東京電力の1%強だが、効率は4倍となっている。

 さらにLNGを使っているから窒素酸化物の排出量も少ない。クリーンエネルギーという観点からも、従来の石油を使った火力発電所より優れている。また、川崎天然ガス発電所は、操業開始以来、無事故・無災害である。

 現地に行って見てわかるのは、敷地がとてもコンパクトということだ。6万平方メートルの場所に1号機と2号機の2基が建てられている。1基42万キロワットだから、2基84万キロワットの発電出力となる。おおむね原子力発電1基分に相当する。

 6万平方メートルということは、敷地が100メートル×600メートルである。さらに発電所は、工場立地法により20%を緑地にしなくてはならない。川崎天然ガス発電所では、さらに5%上乗せして約25%を緑地にしている。緑地率約25%なので、実際の立地面積は4万5000平方メートル、つまり100メートル×450メートルでしかない。

 一方、福島第1原発の敷地は350万平方メートル、約60倍にもなる。川崎天然ガス発電所が、いかに少ない土地で設置しているかがよくわかる。

建設費も1基当たり250億円と安上がり

 「脱原発」と言っても、太陽光発電で都市生活のエネルギーをまかなうことができるようになるには10年から20年はかかる。太陽光発電を推進するという方向性は正しいが、現実的な代替エネルギーを考えていかなければならない。

 東京都内の太陽光発電の発電出力は、現時点で1万7000キロワットとまだまだ少ないのが現状だ。山手線の内側にすべて太陽光パネルを設置しても、100万キロワットにしかならないという指摘がある。東京都ではいったん終了した家庭への太陽光パネル設置への補助を補正予算で復活させるが、東京電力の原発による発電出力を代替するまでになるのはかなり先の話だ。

 当面の代替エネルギーを考えた場合、1基で42万キロワット発電できるコンバインドサイクル発電所を設置していくのは、現実的なエネルギー政策である。川崎天然ガス発電所は、1基250億円と建設費も安い。用地が少なくて済むから、用地取得費もあまりかからない。

 設置場所も比較的自由に選ぶことができる。川崎天然ガス発電所の敷地内には、タービン、蒸気タービン、発電機、冷却塔がそれぞれに縦列をなし、これが2系統ある。冷却方式は工業用水だ。日本国内では海岸沿いに発電所を建て、入手しやすい海水を利用することでコストを抑えることが多いが、かならずしも海岸にこだわる必要はないのである。

分散型で各地に設置でき、送電ロスも抑えられる

 コストが安く、場所を選ばず、原発に比べてはるかにコンパクトな発電所なので、分散型で各地に設置できる。これからは、原子力発電で集中的に電力をつくりだすのではなく、それぞれの都市近郊で電力を分散型でつくりだす“地産地消”を考える必要がある。そうなれば送電線が短くて済むから、電力の送電ロスも抑えられる。

 燃料供給についても、既存のパイプライン網の活用が可能だ。東日本大震災では、津波によって仙台のガスタンクが壊れて使えなくなった。そこで、新潟からのパイプラインによるLNG供給が増強されている。このパイプラインは東京にもつながっている。内陸までパイプライン網ができているから、内陸にもコンバインドサイクル発電所を設置することも視野に入れてよいのだ。

 電力自由化もさらに進める必要がある。川崎天然ガス発電所は、東京電力の送電網を通して電気を売っているが、現状では送電コストが充分に引き下げられていない。

 川崎天然ガス発電所の2基は月曜日~土曜日の午前8時~夜10時までの操業で、夜間や日曜日の操業は考えていない。それというのも、“火”を落とすことがない原子力を活用する東京電力は、夜間料金を安く販売しており、競争にならないからだ。発送電自由化が充分に進められれば、送電コストも下がり、非東電系発電所の稼働率も上がっていくはずである。

菅首相の発言は相変わらず無責任すぎる

 そもそも、福島第1原発事故を見てわかるように、原子力発電のコストには、地元市町村への交付金も、事故の賠償費用が計算されてこなかった。発電コストとは何なのかを、もう一度検証する必要もあるだろう。

 菅首相は、先日パリで開かれた経済協力開発機構(OECD)の設立50周年記念行事で、再生可能な自然エネルギーの割合を引き上げ、「2020年代のできるだけ早い時期に20%にする」とし、太陽光発電を1000万戸に取り付けると宣言したが、担当の海江田万里経済産業相は「報道で知りました」というのだから、閣議で話し合われていないことがわかってしまった。

 思いつきでフワッと言っているので、相変わらず無責任すぎる。精神論では産業は回らない。「脱原発」と言うなら、スケジュールを立てて段階的に代替エネルギーを確保していく必要がある。

猪瀬直樹(いのせ・なおき)

作家、東京都副知事。1946年、長野県生まれ。1987年『ミカドの肖像』で第18回大宅壮一ノンフィクション賞を受賞。『日本国の研究』で1996年度文藝春秋読者賞受賞。以降、特殊法人などの廃止・民営化に取り組み、2002年6月末、小泉首相より道路公団民営化委員に任命される。東京工業大学特任教授、テレビ・ラジオ番組のコメンテーターなど幅広い領域で活躍中。最新刊に『ジミーの誕生日 アメリカが天皇明仁に刻んだ「死の暗号」』(文藝春秋社)、『東京の副知事になってみたら』(小学館101新書)がある。また読者からの声にこたえ、『昭和16年夏の敗戦』が中公文庫から復刊されました。
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天然ガス火力発電は有望株のようですね。あと問題は送電線。

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2011年5月21日 (土)

節電と共に代替エネルギーについても考えなきゃ!(1)

友人に教えてもらった”misaのブログ”というブログの記事について。

misaさん、とってもいろいろ今回の地震、そして原発のことについて書いていらっしゃる。

その中で、自然エネルギー、原発ではない代替エネルギーについて、田中優氏の講義を文章に起こして載せておられて、それが、何かの雑誌に転載され、それを読んだ友人が教えてくれたということらしい。

直接そのブログを読むことができた。

その中にある代替エネルギーを拾ってみると…

九州大学が作ったカーボンファイバーの風車

これについては最近の情報がインターネットでもなかなか見つからないのだが、社民党のホームページの“政策”のコンテンツ内に次のような記述がある。

これらはたぶん2008年の記事。

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欧米では、CO2削減のため、100万キロワット級の大規模な風力発電が陸上や洋上で稼働中、もしくは計画中だ。一方、日本は経済産業省やNEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)が現在、風力発電の年間総発電量100万キロワットを2020年で600万キロワットにする目標を策定中だが、実現性は不透明だ。陸上での風力発電は国土が狭く、比較的風力が小さい上に地震が多く、その耐震コストも高い。山上では設置点が拡散する上、施行が困難で建設コストが高い。平地では人口密度が高く騒音問題などの社会的制約があるなど、大規模風力発電の普及には限界がある。

 一方、海は利用面積が広く、比較的風力条件や地震に強く騒音問題も少ないため、「大規模洋上風力発電」の潜在的可能性が高いと言われている。経済産業省は、09年に洋上風力発電のパイロットプラント(三菱重工など10億円規模)に着手するという段階。三菱重工は、風力発電を07年5月段階で3858基、双発電力374万キロワットを世界から受注した国内トップ企業。しかし、洋上風力発電開発は進んでいない。欧州の洋上風力発電所は、(1)比較的遠浅の立地条件に恵まれ(2)海底地盤も堅牢(けんろう)であり(3)地震が少なく(4)偏西風などの風況条件も良好------のため、着底(固定)式の大規模洋上風力発電が普及している。

 日本では、(1)~(4)の条件が悪くその上、(5)初期コストが採算分岐点といわれる1キロワット当たり25万円を上回る40万円以上もかかり(6)耐用年数が30年以下と短く、費用対効果が低い。しかも(7)沿岸漁業への悪影響があり、着底式は適合し難い。このため、鋼製の浮体方式が着目され開発されつつある。しかし、この方式でも(4)~(7)が大きな障害となっているのが現状だ。

他の発電と比較し格段の優位性誇る

 そこで、洋上風力発電に希望をもたらす技術を開発したのが九州大学SCF(第2世代カーボンファイバー)研究グループだ。軽くさびず、張力に強いカーボンファイバーは、これまで溶接できなかったのを格段に強度と接合能に優れたものとして開発し、製造用のロボットまで開発した太田俊昭・九州大学名誉教授を中心に九大教授など30人が共同研究している。

 同グループでは、風力発電の土台となる浮体を第2世代カーボンファイバーで組んだコンクリートで軽量化を図るとともに、さびて30年しかもたない鉄より長い100年もの耐用性を証明した。土台の形状も中抜き六角形を高減衰機能のジョイントで連結したハチの巣クラスター方式を採用。実用段階では中抜き土台の直径は500メートル以上となり、中からプランクトンを誘う青色LEDを出して養殖漁ができるようにしたことで、沿岸漁業との両立を図る。

 風車も風を集中させる発電効率を高める実績を持つ九大風レンズ研究グループ(代表・大屋裕二教授)が開発・商品化に成功している構造を採用した。通常風車に比べ3~5倍の出力向上できる第1世代の風レンズ風車は、NEDOの支援を得て1~5キロワットの小型が実用化している。洋上風力発電には10~20メガワット級の第2世代の風車を開発する。落雷や渡り鳥の衝突対策も怠りない。経塚雄策教授や柏木正九大教授らは、台風規模の高波を想定した波浪衝撃エネルギー吸収効果などHMSモデルを用いた実験研究を行なっている。

 太田名誉教授によると、これら新技術に基づく洋上風力発電のパイロットプラント1号機は、開発費約13・5億円で3年間、大型の実用化パイロットプラント2号機は開発費約10億円、2~3年で開発可能としている。同グループの経済シュミレーション解析によると、100万キロワット級洋上風力発電の初期建設コストは1キロワット当たり7~12万円と格安で、耐用年数が100年と長く、メンテナンス費用も安く、他の発電事業と比較して格段の優位性を誇る。

本格的な水素エネルギー社会の到来 

 英国で35万キロワット、米国で50万キロワットの水素タービン発電所が4,5年後に稼働予定で、本格的な水素エネルギー社会が到来する。九大グループでは、大規模洋上風力発電で電力を水素に変換して貯蔵、船で陸に運び電力として利用するシステムの技術を開発している。すでに、太田名誉教授のSCF技術は、JAMSTEC(海洋研究開発機構)の次期深海13000用に共同開発が決まっている。

 1ユニットで100万キロワット級の洋上風力発電は、原発1基分の総発電能力と並ぶ。現在、日本中に52基もあり、放射能漏れの危険性が大きい原発に代わる持続可能な新エネルギーとして、国は早急に開発を推進すべき時期に来ている。

もう一つの記事downwardleft

大型洋上ハイブリッド発電

大規模洋上風力発電につづく、九大チームの更なるプロジェクト。

100万キロワット級の大規模洋上風力発電の技術的研究を進めている九州大学とSCF(セカンダリカーボンファイバー)研究会(会長・太田俊昭九州大学名誉教授)が、洞爺湖サミット開催中の7月7日、これまでの風力発電に加え、太陽光発電も組み合わせたハイブリッド型の大型洋上発電システムを福岡市内の九州大学工学部で記者発表した。当日は記者発表の後、国土交通省の沿岸技術研究センターがSCF浮体技術の第3者評価を行なった。太田名誉教授は「今秋の中間報告、来年2月の最終報告で技術評価が得られれば、国に対し大規模洋上ハイブリッド発電の開発シナリオを申請する」という。

SCF研究会と九州大学の100万キロワット級の超大型洋上風力発電システムは、これまで引っ張りは強いが圧縮に弱く接合できなかったカーボンファイバー(CF)を、圧縮にも強く接合可能にした第2世代のカーボンファイバー(SCF)の誕生によって可能になった。比重7.85の鉄に対し、カーボンファイバーの比重は1.3と軽く、強度は鉄の10倍、しかも錆びないため、洋上での大規模建設が容易となった。

現在、SCF研究会と海洋研究開発機構(JAMSTEC)は、「しんかい6000」を上回る水深1万メートル以上の潜水耐圧能力を持つ次世代海洋調査艇の構造材として共同開発中。太田教授によると、「すでに6000メートル級実験はクリアし、来年には姿を現す」段階だという。

通常の3-4倍の発電能力をもつ風レンズ風力発電や魚の種類に合ったプランクトンを集める発光ダイオードの特許など、九州大学の各研究者が集まったSCF研究会がこれまで研究してきた超大型洋上風力発電は、直径100メートルに及ぶ超大型の風レンズや、それを支える直径600-800メートルの中抜き6角形トラス構造でセミサブ方式の浮体とそれを数10台繋ぎ合わせたシステムなどの建設が可能だが、SCF構造材を大量に製造する汎用ロボットの開発などに10年程度かかるという。

そこで大田名誉教授らは今回、待ったなしの温暖化対策のため、開発期間が短く、小型でも発電能力が高い風力・太陽光併用のハイブリッド型を提案した。

Hybrid_01

まず第1段階の短期目標である「湖上ソーラー発電の開発」では、CG図のような直径60メートルの浮体2台の上に2基の風レンズ風力と太陽光のハイブリッド発電システムで、1メガワット(100万ワット=約300世帯分)の電力供給が可能だという。しかも、鉄筋コンクリートを使用する従来工法に比べ、超軽量・高強度で錆びないSCF構造材はコンクリートの使用量が5分の1の300トン以下で済むため、陸上で製造して重機で吊り下げて運べる利点がある。セメントも鉄筋コンクリート製に比べ5分の4減りCO2を80%削減できる。水力発電ダムの湖や淡水湖に浮かべ、特に電力需要がピークになる夏場の渇水期に有効な電力供給源として活躍することを想定する。水力発電ダムでは、すでに蓄電や送電施設があるため、開発経費は3-5年間の実証研究を含め7-12億円で建設可能で、発電コストは1キロワット5-7万円と格段に安い。

Hybrid_02

第2段階の「洋上ソーラー発電の開発」は、水深80メートル以下の海域で台風や高波による被害を防ぐ安全ネットを繋ぐ着床式プラットフォームを採用する。特許の発光ダイオードで魚の好物プランクトンを集めて養殖が可能になり、電力供給のみならず、海を蘇生し、漁業の振興に寄与できる。すでに担い手不足と燃料高騰に悩む福岡県内の漁協から引き合いがあるという。4-6年間の実証研究で開発可能という。

第3段階で中期目標である「大型洋上ハイブリッド発電」は水深1000メートル以下の海域で、洋上プラットフォームとして低コスト・長寿命の大型SCFコンクリート浮体を採用する。浮体上の大型風レンズ風車による風力発電と太陽光発電を組み合わせたもので、発電コストは1キロワット当たり10-15万円になるという。遠浅で岩盤が固い欧米で実用化している着床方式の建設コストが1キロワット40万円で、日本で検討されている鋼製浮体方式の1キロワット45万円と比べると、如何にSCF浮体の経済性が優れているかが分る。しかも、養殖など漁業関係者にも期待されており、海に囲まれた日本の地理的条件に適した再生可能エネルギーといえる。

SCF研究会による大規模洋上ハイブリッド発電の事業採算性の経済的シミュレーションによると、欧州並みに25%(2200億キロワット)を洋上ハイブリッド発電で賄う場合、10ヵ年整備計画で100万キロワットのハイブリッド発電プラント1基の建設費が約1267億円で、全国で85基建設(発電量2210億キロワット)した場合の総投資額は約11兆円となる。洋上ハイブリッド発電の逐次稼動による11年間の累積収入額は約11、8兆円で返済が可能。整備計画実施2年後から、毎年約2、1兆円の収益が得られるという。年稼働率を3分の1と想定し、石油0、5億キロリットル、CO2換算で約1、4億トン、つまり現在の輸入量の6分の1を節約できる計算となる。

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