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ニッポンの火力発電がスゴイ! 石炭・LNG発電の最新技術(後編)

前回の続きです。後編は進化した石炭火力発電の技術についてです。



【ニッポンの火力発電がスゴイ! 石炭・LNG発電の最新技術(後編)】

磯子火力発電所。火力発電の最先端技術が投入された、最新鋭の石炭火力発電所です。

磯子火力発電所 池杉守さん
「蒸気タービンに入る蒸気の圧力と温度をできるだけ高めて、いわゆる超々臨界圧といっているんですけど、タービンの熱効率を良くする。つまり世界で最も高効率な石炭火力発電所」

磯子火力発電所では、主蒸気の温度を600℃、圧力25メガパスカルを実現しました。この高温・高圧の蒸気が蒸気タービンに送られ、その力で発電機を回して発電します。超々臨界圧を実現したことで、熱効率は微粉炭発電所としては世界最高の約45%を達成しています。超々臨界圧を実現した技術とは何だったのでしょうか。

磯子火力発電所 池杉守さん
「超高温・高圧に耐えうる材料の開発でございます。こちらではクロームを入れたステンレス系のボイラーチューブを開発することが可能になりまして、このようなプラントを実現することができました。」

この発電所のもう一つの特徴は、ボイラーから出る大気汚染物質を、ほぼ完全に抑えていることです。石炭を燃やして出る窒素酸化物や煤塵、硫黄酸化物はそれぞれ最新の設備で処理され、窒素酸化物は約90%。煤塵は99%以上。硫黄酸化物は95%以上が除去されています。

磯子火力発電所 池杉守さん
「石炭火力で、煤塵・硫黄酸化物・ノックス(窒素酸化物)を出すというイメージがおありかと思うんですけど、ここでは環境対策をすることによりまして、ガス火力並みまできれいにする技術は可能になっている」

石炭を、さらに有効に活用していくための新しい研究も進められています。その1つが、これまで火力発電の燃料として使いづらかった低品質な石炭を利用していく研究です。一口に石炭といっても、炭化の度合いによってさまざまな種類があります。

瀝青炭は炭素含有量が多く、発熱量の高い石炭です。亜瀝青炭は、瀝青炭ほど炭化が進んでいない石炭。水分を15%~45%含んでいます。褐炭はさらに炭化度が低い石炭。水分を半分以上含んでいます。この内、日本で火力発電に使われているのは主に瀝青炭で、水分を多く含む亜瀝青炭や褐炭はあまり利用されてきませんでした。しかし、世界で採掘できる石炭の約半分は、実はこうした水分の多い燃えにくい石炭なのです。

電力中央研究所の神田さんは、これらの低品質の石炭から水分を取り除き、燃えやすい石炭に改良する技術を研究しています。

電力中央研究所の神田さん
「普通の方法ですと、火を使って加熱して石炭の中の水分を蒸発させるんですけど、私の技術では、液化ジメチルエーテルという溶剤を使って、これに水を染み込ませて脱水する。(そうすると)例えばアメリカ・中国・オーストラリア・ロシアなどの、たくさん水分を含んでいる石炭を炭化することによって燃えやすくする。燃えやすくなると発電効率が上がる。トータルとして二酸化炭素の排出量をグンと減らすことができます」

石炭を燃料に使い、微粉炭火力発電とは別の方法でさらに熱効率を高め、二酸化炭素の排出を減らそうという研究も進められています。

福島県いわき市にあるクリーンコールパワー研究所。ここでは石炭をガスの状態にし、そのガスを利用して発電を行うシステムの研究が進められています。

クリーンコールパワー研究所 石橋善孝さん
「石炭というのは非常に資源量も多いですし、世界の中では発電の主流は今でも石炭というのが現実です。ところが石炭というのはどうしてもカーボンが多いものですから、二酸化炭素の排出量が多い。その問題を解決しながらどうやって上手に石炭火力を使っていくか…というためには、発電効率を上げて少しでもCo2を減らしていこうというのが最善の解決策だと思っています。で、そのためには、現時点では我々のやっている石炭ガス化複合発電が、最も高い発電効率が得られる発電技術」

ここで研究が進められている石炭ガス化複合発電とは、石炭をガス化してコンバインドサイクル発電に利用しようというものです。

クリーンコールパワー研究所 石橋善孝さん
「今LNG火力は、60%という非常に高い発電効率が可能となっています。この技術のベースがコンバインドサイクルとなります。ところが石炭の場合は固体ですので、これをそのままではガスタービンの燃料とすることはできません。で、まずいったん石炭をガス化してやって、ガスタービンに使えるようにしてやって、その上でコンバインドサイクルを使う。これによって石炭を高効率な発電にすることができます」

石炭のガス化では、別の取り組みも進められています。J-POWER若松研究所では、石炭をガス化してコンバインドサイクル発電に利用すると共に、燃料電池にも利用しようとする研究が行われています。

J-POWER技術開発センター 三澤信博さん
「石炭をガス化したガスをガスタービンで燃焼するのではなく、燃料電池に入れて発電することを主体に行うという発電方式です。燃料電池とガスタービン、さらには廃熱を利用した蒸気タービンということで、トリプルコンバインドというものが最終的には最も効率がいいというふうに考えています」

またJ-POWERでは、現在石炭ガスから二酸化炭素を分離する技術の研究開発も進められています。

J-POWER技術開発センター 三澤信博さん
「ガスにするということで、二酸化炭素をより分離しやすくなっています。昨年度までに化学吸収法という分離回収方法を使いまして、ガス化ガスからCo2を効率的に分離化できるということを確認しています。将来、技術的にはゼロ・エミッション石炭火力ということで、石炭火力発電所からCo2も出ませんし、他の不純物も出ない。まったくクリーンな廃棄物が出ない石炭火力発電所ができる可能性があると思います」

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