社団法人 日本機械工業連合会 社団法人 日 本 プ ラ ン ト 協 会

日機連２０先端－１３

平成２０年度

CO2 分離回収型発電システム開発促進 のための市場性に関する調査研究報告書

平成２１年３月

社団法人 日本機械工業連合会 社団法人 日 本 プ ラ ン ト 協 会

この事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。

http://ringring-keirin.jp/

序

我 が 国 機 械 工 業 に お け る 技 術 開 発 は 、戦 後 、既 存 技 術 の 改 良 改 善 に 注 力 す る こ と か ら 始 ま り 、や が て 独 自 の 技 術・製 品 開 発 へ と 進 化 し 、近 年 で は 、科 学 分 野 に も 多 大 な 実 績 を あ げ る ま で に な っ て き て お り ま す 。

し か し な が ら 世 界 的 な メ ガ コ ン ペ テ ィ シ ョ ン の 進 展 に 伴 い 、中 国 を 始 め と す る ア ジ ア 近 隣 諸 国 の 工 業 化 の 進 展 と 技 術 レ ベ ル の 向 上 、さ ら に は ロ シ ア 、イ ン ド な ど Ｂ Ｒ Ｉ Ｃ ｓ 諸 国 の 追 い 上 げ が め ざ ま し い 中 で 、我 が 国 機 械 工 業 は 生 産 拠 点 の 海 外 移 転 に よ る 空 洞 化 問 題 が 進 み 、技 術・も の づ く り 立 国 を 標 榜 す る 我 が 国 の 産 業 技 術 力 の 弱 体 化 な ど 将 来 に 対 す る 懸 念 が 台 頭 し て き て お り ま す 。 こ れ ら の 国 内 外 の 動 向 に 起 因 す る 諸 課 題 に 加 え 、環 境 問 題 、少 子 高 齢 化 社 会 対 策 等 、 今 後 解 決 を 迫 ら れ る 課 題 も 山 積 し て お り 、 こ の 課 題 の 解 決 に 向 け て 、 従 来 に も 増 し て ま す ま す 技 術 開 発 に 対 す る 期 待 は 高 ま っ て お り 、機 械 業 界 を あ げ て 取 り 組 む 必 要 に 迫 ら れ て お り ま す 。

こ れ か ら の グ ロ ー バ ル な 技 術 開 発 競 争 の 中 で 、我 が 国 が 勝 ち 残 っ て ゆ く た め に は こ の 力 を さ ら に 発 展 さ せ て 、新 し い コ ン セ プ ト の 提 唱 や ブ レ ー ク ス ル ー に つ な が る 独 創 的 な 成 果 を 挙 げ 、世 界 を リ ー ド す る 技 術 大 国 を 目 指 し て ゆ く 必 要 が あ り ま す 。幸 い 機 械 工 業 の 各 企 業 に お け る 研 究 開 発 、技 術 開 発 に か け る 意 気 込 み に か げ り は な く 、方 向 を 見 極 め 、ね ら い を 定 め た 開 発 に よ り 、今 後 大 き な 成 果 に つ な が る も の と 確 信 い た し て お り ま す 。

こ う し た 背 景 に 鑑 み 、弊 会 で は 機 械 工 業 に 係 わ る 技 術 開 発 動 向 調 査 等 の テ ー マ の 一 つ と し て 社 団 法 人 日 本 プ ラ ン ト 協 会 に「CO2 分 離 回 収 型 発 電 シ ス テ ム 開 発 促 進 の た め の 市 場 性 に 関 す る 調 査 研 究 」を 調 査 委 託 い た し ま し た 。本 報 告 書 は 、 こ の 研 究 成 果 で あ り 、 関 係 各 位 の ご 参 考 に 寄 与 す れ ば 幸 甚 で す 。 平 成 ２ １ 年 ３ 月

社 団 法 人 日 本 機 械 工 業 連 合 会 会 長 金 井 務

はしがき

人類が化石燃料をエネルギー源として使用し始めた産業革命以来、その消費量は増加の 一途を辿り、さらに今後、開発途上国等の急速な経済発展等に伴って大幅に増加すること が国際エネルギー機関（ＩＥＡ）等により予想されています。この化石燃料の燃焼により 排出される地球温室効果を有するＣＯ２の大気中濃度はさらに増加し、深刻な地球温暖化 問題になるであろうことが気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）で予測され早急 な対策が求められています。地球温暖化防止には大気中のＣＯ２濃度の低減が効果的であ り、国連気候変動枠組み条約京都議定書において、わが国は２００８年から２０１２年の 第一約束機関において１９９０年比－６％に低減することが義務付けられており、わが国 政府は中間年である２０１０年の目標達成の目安を定めるとともに、昨夏の洞爺湖サミッ トにおいてもわが国は２０５０年までに現在比５０％の排出量削減を行うことを提唱して います。

我が国においては、全ＣＯ２排出量の約３割強が火力発電等のエネルギー変換における 化石燃料の燃焼に伴って発生しており、その基本的な削減対策として電力消費量の低減、

再生可能エネルギー導入の増加、発電効率の向上、原子力発電の増加や燃料転換等一層重 要になっております。同時に火力発電所においてはＣＯ２排出量削減の抜本的対策が緊急 な課題になっており、ＣＯ２の分離回収（ＣＣＳ）対策の適用が相対的に容易な火力発電 については、世界でＣＯ２回収型発電プラントの実用化開発がなされつつあり、その大き な排出量削減効果は国際エネルギー機関を始め世界で待望されています。

以上のように、火力発電にはＣＯ２排出量削減が求められており、その抜本的対策とし て欧米では火力発電に伴い放出されるＣＯ２の分離回収機能付き発電プラントの実用化開 発が推進されていますが、大規模なＣＯ２分離回収設備の必要なこと、発電量の数割にも およぶ大量のエネルギー（電力及び熱）消費による効率低下、ＣＯ２吸収材や用水等が必 要であるなど実用化の大きな障害になっており、その改良開発が待たれております。

このような状況下、今般当協会は社団法人日本機械工業連合会の委託を受け「ＣＯ２分 離回収型発電システム開発促進のための市場性に関する調査研究」を実施致しました。

本調査研究の成果が関係各位のご参考になれば幸甚に存じます。

平成２１年３月

社団法人 日本プラント協会 会 長 伊 籐 源 嗣

(社)日本機械工業連合会委託

平成２０年度事業

「ＣＯ２分離回収型発電システム開発促進のための 市場性に関する調査研究」支援委員会

委員名簿

委員長 高田 保之 九州大学大学院工学研究院 機械科学部門 教授 工学博士 (独)産業技術総合研究所水素材料先端科学研究センター水素 物性研究チーム長併任

委員 飯嶋 正樹 三菱重工業株式会社 環境化学プラントプロジェクト部 プロジェクト統括主幹 技監

委員 木村 直和 電源開発株式会社 技術開発センター センター長

委員 藤代 勉 千代田化工建設株式会社 経営企本部 渉外室長

委員 渡辺 修三 株式会社ＩＨＩ 電力事業部 開発部長

目 次

１. まえがき ... １

第1章 総 論 ... 4

1.1 CO2排出量と地球温暖化の進行 ... 4

1.2 エネルギー資源の賦存量と消費量予測 ... 17

第2章 我が国の火力発電プラントの動向 ... 26

2.1 我が国の電力産業の動向 ... 26

2.2 我が国の火力発電技術向上への取組み ... 31

第3章 海外の火力発電プラントの動向 ... 52

2.1 海外の電力産業の動向 ... 52

2.2 海外の火力発電技術向上への取組み ... 58

第4章 CO2分離回収火力発電プラントシステムの基本検討 ... 105

4.1 CO2分離回収天然ガス火力発電プラントシステム ... 108

4.2 CO2分離回収石炭火力発電プラントシステム ... 111

補足：米国エネルギー省および米国電力研究所の見解 ... 113

第5章 結 言－CO2分離回収火力発電プラント開発に関する提言－ ... 119

5.1 CO2回収火力発電プラント開発の必要性について ... 119

5.2 CO2回収火力発電プラントシステムについて ... 120

添付：米国エネルギー省および電力技術研究所訪問メモ ... 122

１．まえがき

(1) 本 調 査 研 究 の 目 的

化 石 燃 料 を エ ネ ル ギ 源 と し て 使 用 し 始 め た 産 業 革 命 以 来 そ の 消 費 量 は 急 速 に 増 加 し 、 そ れ に 伴 っ て 排 出 さ れ る 地 球 温 室 効 果 を 有 す る CO2 の 大 気 中 濃 度 の 急 速 な 増 加 に よ る 地 球 温 暖 化 問 題 が 危 惧 さ れ て い る 。さ ら に 今 後 は 発 途 上 国 の 経 済 発 展 に 伴 う CO2排 出 量 の 一 層 の 増 加 が 予 測 さ れ 、 地 球 温 暖 化 は 深 刻 な 現 実 問 題 に な り つ つ あ る 。 地 球 温 暖 化 防 止 に は 大 気 中 CO2濃 度 の 低 減 が 効 果 的 で あ り 、国 連 気 候 変 動 枠 組 み 条 約 京 都 議 定 書 で は 、わ が 国 は 2010 年 ま で に 1990 年 比 －6％ に 低 減 す る こ と が 義 務 付 け ら れ る と と も に 、昨 夏 の 洞 爺 湖 サ ミ ッ ト に お い て 、 改 め て わ が 国 は 抜 本 的 削 減 対 策 に よ り 2050 年 ま で に 現 在 比 50％ の 排 出 量 の 削 減 を 目 指 す こ と を 表 明 し て い る 。

全 CO2排 出 量 の 約 3割 が 電 力 産 業 等 の エ ネ ル ギ 変 換・供 給 産 業 に お け る 化 石 燃 料 の 燃 焼 に 伴 っ て 発 生 し て お り 、火 力 発 電 に お け る CO2 排 出 量 削 減 が 重 要 視 さ れ て い る 。そ の た め の 抜 本 的 対 策 の 開 発 が 緊 急 な 課 題 に な っ て お り 、世 界 で CO2回 収 型 発 電 プ ラ ン ト 実 用 化 開 発 研 究 が 推 進 さ れ て い る 。こ の よ う な 状 況 に お い て 、高 効 率 低 コ ス ト CO2分 離 回 収 機 能 保 有 の 発 電 プ ラ ン ト は CO2 排 出 量 削 減 の 抜 本 的 対 策 と し て 地 球 温 暖 化 防 止 に 貢 献 す る と と も に 、 こ れ か ら の 我 が 国 の 発 電 プ ラ ン ト 技 術 及 び 国 際 市 場 競 合 力 の 向 上 に 大 き く 貢 献 す る こ と が 期 待 さ れ る こ と か ら 、世 界 の CO2分 離 回 収 機 能 付 き 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム 開 発 の 現 状 を 調 査 し 、そ の 必 要 性 を 確 認 し 、我 が 国 ニ ー ズ に 適 合 す る CO2分 離 回 収 型 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム 開 発 の た め の 基 本 的 情 報 を 収 集 し 、“ 発 電 ” と “CO2回 収 ” の 機 能 と 設 備 を イ ン テ グ レ ー ト し た 天 然 ガ ス 及 び 石 炭 燃 焼 発 電 プ ラ ン ト 用 の 基 本 シ ス テ ム を 検 討 し 、

“FutureGen” プ ロ ジ ェ ク ト を 推 進 し て い る 米 国 エ ネ ル ギ 省 (U.S. DOE) と 意 見 交 換 を 行 い そ の 妥 当 性 を 確 認 し た 。 本 調 査 研 究 は 今 後 の 主 要 発 電 用 化 石 燃 料 は 天 然 ガ ス 及 び 石 炭 で あ る の で 両 燃 料 に 関 し 実 施 し た 。

(2) 本 調 査 研 究 の 対 象

上 記 の CO2回 収 型 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム の 開 発 促 進 に 関 連 し 、そ の 市 場 性 調 査 及 び シ ス テ ム の 基 本 検 討 に 必 要 な 下 記 の 調 査 研 究 を 実 施 し た 。

① CO2 排 出 と 地 球 温 暖 化 の 進 行 に 関 す る 文 献 調 査

② 我 が 国 の 火 力 発 電 の 動 向 とCO2 排 出 量 削 減 技 術 の 開 発 状 況 に 関 す る 調 査

③ 米 国 エ ネ ル ギ ー 省 (U.S. DOE) 及 び 電 力 研 究 所 (EPRI) の 訪 問 調 査 を 含 む 海 外 に お け る 火 力 発 電 の 動 向 と CO2排 出 量 削 減 技 術 の 開 発 状 況 に 関 す る 調 査

④ CO2 回 収 天 然 ガ ス 火 力 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム の 基 本 検 討

⑤ CO2 回 収 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム の 基 本 検 討

⑥ 我 が 国 に お け る CO2 回 収 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 開 発 の 必 要 性 に 関 す る 検 討

(3) 情 報 の 収 集

① 文 献 調 査 等 に よ る 関 連 情 報 の 収 集

地 球 温 暖 化 に 関 す る 最 新 情 報 、電 力 産 業 の 動 向 、CO2 低 減 技 術 の 開 発 状 及 び 化 石 エ ネ ル ギ 資 源 を 燃 料 と す る CO2 分 離 回 収 型 発 電 シ ス テ ム に 関 連 す る 国 内 外 に お け る 研 究 開 発 状 況 に つ い て 、 イ ン タ ー ネ ッ ト 及 び 技 術 誌 等 に よ り 情 報 を 収 集 し た 。

② DOE研 究 所 等 か ら の 情 報 入 手 と 意 見 交 換

関 連 す る 研 究 を 実 施 中 と 推 測 さ れ る 米 国 の 米 国 エ ネ ル ギ 省 (U. S. Department of

Energy：DOE) 及 び 米 国 電 力 技 術 研 究 所 (Electric Power Research Institute：EPRI) 等 を 訪 問 し 技 術 情 報 の 収 集 及 び 意 見 交 換 を 実 施 し た 。

(4) 委 員 会 の 設 置

「CO2分 離 回 収 型 発 電 シ ス テ ム 開 発 促 進 の た め の 市 場 性 に 関 す る 調 査 研 究 委 員 会 」を 設 置 し 、 下 記 の と お り 委 員 会 を 開 催 し 、 有 識 者 か ら 技 術 情 報 の 提 供 と 助 言 を 受 け た 。

① 第1 回 委 員 会 開 催 ： 平 成 21年 １ 月 20日 （ 火 ）

② 第2 回 委 員 会 開 催 ： 平 成 21年 2月 26日 （ 木 ）

(5) 情 報 の 分 析

化 石 燃 料 消 費 量 と 大 気 中 のCO2濃 度 及 び 地 球 温 暖 化 へ の 影 響 、効 率 向 上 の た め の 発 電 技 術 開 発 状 況 と そ の 温 暖 化 抑 止 効 果 、お よ び 各 種 CO2分 離 回 収 型 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム の 実 用 化 に 付 随 す る 問 題 等 に 関 す る 情 報 を 整 理 分 析 し て 、CO2 分 離 回 収 型 発 電 プ ラ ン ト の 効 果 、 開 発 の 必 要 性 及 び 我 が 国 の ニ ー ズ に 適 合 す る 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム の 基 本 研 究 を 行 っ た 。

(6) 調 査 研 究 日 程

① 調 査 等 に よ る 関 連 情 報 の 収 集 ： 平 成 20年 11月 － 平 成 2１ 年 3月

②DOE,EPRI研 究 所 等 か ら の 情 報 入 手 と 意 見 交 換 ： 平 成 2１ 年 3月

③ 調 査 県 究 事 項 ･開 発 課 題 の 整 理 ： 平 成 2１ 年 2月 － 平 成 2１ 年 3月

④ 委 員 会 の 開 催 ： 上 記(4)に 記 載 の と お り 。

⑤ 報 告 書 作 成 ： 平 成 2１ 年 2月 － 平 成 2１ 年 3月

(7) 米 国 エ ネ ル ギ 省 及 び 電 力 技 術 研 究 所 訪 問 調 査

CO2分 離 回 収 型 発 電 プ ラ ン ト の 実 用 化 開 発 研 究 が 最 も 進 ん で い る と 思 わ れ る 米 国 エ ネ ル ギ 省 化 石 エ ネ ル ギ 局 及 び 電 力 技 術 研 究 所 を 訪 問 し 、米 国 に お け る CO2排 出 量 削 減 対 策 開 発 の 取 組 み に 関 す る 情 報 の 入 手 お よ び 我 が 国 ニ ー ズ に 適 合 す る と 考 え ら れ る CO2分 離 回 収 型 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム に 関 す る 意 見 交 換 を 行 っ た 。 そ の 調 査 日 程 を 次 表 に 示 す 。 調 査 に は 本 調 査 研 究 委 員 会 委 員 長 の 九 州 大 学 大 学 院 工 学 研 究 院 機 械 科 学 部 門 教 授 高 田 博 士 に 同 行 頂 き 支 援 を 受 け た 。

日 時 訪 問 先 及 び 面 談 者

3 月5 日 10:00-12:00

訪 問 先 ： 米 国 エ ネ ル ギ 省 ク リ ー ン エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム 局 (Department of Energy, Office of Clean Energy Systems) 面 談 者 ：Joseph Giove Ⅲ ：Senior Program Manager

Peter L. Rozelle Ph.D.：Program Manager, Turbines 議 題 ：DOE“FutureGen”プ ロ ジ ェ ク ト の 進 捗 状 況

3 月5 日 15:00-17:00

訪 問 先 ： 米 国 電 力 研 究 所 (Electric Power Research Institute)

面 談 者：Revice Jamews Ph.D：Director, Energy Technology Assessment Center 議 題 ：EPRIの 「CO2 削 減 対 策 」

(社)プ ラ ン ト 協 会 出 席 者

久 留 正 敏 ： 本 調 査 研 究 推 進 責 任 者 、(社)日 本 プ ラ ン ト 協 会 部 長

高 田 保 之 ： 本 調 査 研 究 委 員 会 委 員 長 、 九 州 大 学 大 学 院 工 学 研 究 院 機 械 科 学 部 門 教 授

備 考 ： 訪 問 調 査 の 概 要 を 巻 末 に 添 付 す る 。

第 1 章 総 論

1 ． 1 CO2 排 出 量 と 地 球 温 暖 化 の 進 行

本 項 で は 気 候 変 動 に 関 す る 政 府 間 パ ネ ル (Intergovernmental Panel on Climate Change：

IPCC) 及 び 国 際 エ ネ ル ギ 機 関 (International Energy Agency) 等 の 最 新 情 報 を 収 集 整 理 し て 、 CO2 (Carbon Dioxides) 排 出 量 と 大 気 中 の CO2 濃 度 及 び 地 球 温 暖 化 現 象 の 関 連 を 分 析 し 、 化 石 燃 料 消 費 量 増 加 に よ る 地 球 温 暖 化 現 象 の 進 行 の 明 瞭 な 関 連 を 確 認 し た 。

ま た こ れ か ら の 特 に 開 発 途 上 国 の 経 済 発 展 に 伴 う 化 石 燃 料 消 費 量 の 増 加 と 大 気 中 CO2 濃 度 の 増 加 及 び 温 暖 化 現 象 の 更 な る 進 行 の 予 測 と 対 策 に 関 す る 情 報 を 収 集 整 理 し 、 省 エ ネ ル ギ の 努 力 、 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 利 用 技 術 の 普 及 、 改 良 型 原 子 力 発 電 の 導 入 増 加 と と も に 、 炭 酸 ガ ス の 捕 集 貯 留 (Carbon Capture and Storage：CCS) が 大 気 中 CO2 濃 度 低 減 に よ る 地 球 温 暖 化 抑 止 の 重 要 な 対 策 に な る こ と を 確 認 し た 。

(1) 温 室 効 果 ガ ス と CO2排 出 量 の 増 加

大 気 に は 地 表 か ら 反 射 さ れ る 放 射 熱 の 吸 収 効 果 を 有 し 地 表 温 度 上 昇 の 原 因 に な る 温 室 効 果 ガ ス (Greenhouse Effect Gas：GHG) が 滞 留 し て お り 、地 球 温 暖 化 の 基 本 的 原 因 は こ の 大 気 圏 に 滞 留 す る 温 室 効 果 ガ ス の 濃 度 上 昇 に 依 存 す る こ と が 科 学 的 に 経 験 的 に 明 ら か に さ れ て い る 。図 1.1.1は 主 要 な 温 室 効 果 ガ ス で あ る CO2 (二 酸 化 炭 素)、CH4 (メ タ ン)及 び N2O (亜 酸 化 窒 素)の 過 去 2000 年 の 大 気 圏 濃 度 変 化 を 示 す 。 温 室 効 果 ガ ス の 種 類 は 多 岐 に わ た り 、CO2に 比 し 単 位 重 量 あ た り の 温 暖 化 ポ テ ン シ ャ ル の 大 な も の が 多 い が 、そ れ ら の 大 気 中 の 濃 度 は CO2 に 比 べ れ ば 大 幅 に 低 い の で 、CO2 の 温 暖 化 へ の 寄 与 度 は 他 種 温 室 効 果 ガ ス に 比 し 圧 倒 的 に 大 き い 。 主 要 な 温 室 効 果 ガ ス の 単 位 重 量 当 た り の 温 暖 化 ポ テ ン シ ャ ル の 比 較 を 表 1.1.1 に 示 す 。

産 業 革 命 前 280ppm程 度 で あ っ た CO2の 大 気 中 濃 度 は 、 化 石 燃 料 を 動 力 源 に 使 用 し 始 め た 産 業 革 命 を 機 に 急 速 に 増 加 し 、 現 在 は 380ppm程 度 に 達 し 0.8～1.0℃ に 及 ぶ 地 球 温 暖 化 現 象 を 招 来 し て い る 。 現 在 の 化 石 燃 料 消 費 傾 向 が 持 続 さ れ れ ば 、 大 気 中 の CO2 濃 度 は 今 世 紀 中 に 700～1,000ppm程 度 に 増 加 す る こ と が 予 測 さ れ て い る が 、開 発 途 上 国 の エ ネ ル ギ 消 費 量 の 急 速 な 増 大 に よ っ て は よ り 急 速 な 増 加 を 招 来 す る こ と も 予 想 さ れ る 。 そ の 結 果 大 気 温 度 は 上 昇 し 氷 河 の 融 解 に よ り 10～90cmの 海 面 上 昇 が 生 じ 、 島 嶼 国 の 水 没 や 気 候 変 動 に 伴 う 生 態 系 の 変 化 や 異 常 気 象 に よ る 諸 災 害 の 発 生 が 懸 念 さ れ て い る 。

図 1.1.1 過 去2000年 の 大 気 中 の CO2濃 度 の 変 化 (出 典 ：IPCC web site)

表 1.1.1 温 室 効 果 ガ ス の 温 暖 化 ポ テ ン シ ャ ル (出 典 ：IPCC web site)

産 業 革 命

図1.1.2は 各 温 室 効 果 ガ ス の 1970 年 以 降 の 排 出 量 増 加 (CO2換 算) の 様 相(a) と 温 暖 化 寄 与 度(b)を 示 し て い る が 、CO2排 出 量 の 温 暖 化 ポ テ ン シ ャ ル は 全 排 出 量 の 約 ４ 分 の 3 を 占 め 他 温 室 効 果 ガ ス に 比 べ 圧 倒 的 に 多 く 、地 球 温 暖 化 の 原 因 に な っ て い る こ と を 示 し て い る 。 す な わ ち 、CO2 排 出 量 削 減 が 地 球 温 暖 化 防 止 に 最 も 有 効 な 対 策 に な り 得 る こ と を 示 し て い る 。図 c)は 産 業 別 の 排 出 量 を 示 し て い る が 、エ ネ ル ギ 供 給 産 業 が 25.9％（ 我 が 国 で は 30％

強) で 最 も 多 く 排 出 量 削 減 の 大 き な 可 能 性 を 持 つ 産 業 分 野 で あ る こ と を 示 し て い る 。続 い て 一 般 産 業 19.4％ 、 林 業 17.4%、 農 業 13.5%、 運 輸 13.1%と な っ て い る 。

図 1.1.2 温 室 効 果 ガ ス の 排 出 量 と 温 暖 化 寄 与 度 (出 典 ：IPCC web site)

図 1.1.3、 図 1.1.4及 び 図 1.1.5 は そ れ ぞ れ CO2、CH4 及 び N2O の 大 気 中 濃 度 の 過 去 1 万 年 の 変 化 の 様 相 を 示 す 。CO2 に 比 べ 絶 対 量 は 少 な い が CO2 の 増 加 と 類 似 な 増 加 特 性 を 示 し て い る 。

図 1.1.3 大 気 中 CO2濃 度 の 変 化 図 1.1.4大 気 中 CH4濃 度 の 変 化

図 1.1.6は 過 去 250年 の 化 石 燃 料 等 か ら の CO2 排 出 量 の 推 移 と 大 気 中 の CO2濃 度 の 変 化 を 示 す 。 産 業 革 命 以 降 増 加 を 継 続 し て い る が 、 特 に 第 二 次 世 界 大 戦 後 の 産 業 の 急 速 な 発 展 に 伴 う 急 激 な 上 昇 傾 向 を 示 し て い る 。

図 1.1.5大 気 中 NxO 濃 度 の 変 化(出 典：IPCC HP

図 1.1.6 過 去 250 年 の 化 石 燃 料 等 か ら の CO2 排 出 量 と 大 気 中 のCO2 濃 度 の 変 化

(出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP)

CO2 排 出 量 予 測

図 1.1.7 は 米 国 エ ネ ル ギ － 情 報 管 理 局(Energy Information Administration：EIA)の 1990年 以 降 の 世 界 の 燃 料 起 源 別 CO2 排 出 量 の 推 移 と 2030 年 ま で の 予 測 を 示 す 。 今 後 の 石 炭 消 費 量 増 加 に 伴 い 石 炭 使 用 に よ る CO2排 出 量 の 増 加 が 最 大 に な る こ と が 予 想 さ れ て い る 。

図 1.1.7 1990－2030 年 の 世 界 の 燃 料 別 CO2 排 出 量 の 推 移 と 予 想 (出 典 ：EIA web site) OECD 国/ 非OECD 国 別 CO2排 出 量 の 予 測

図1.1.8は2005年 以 降2030年 ま で の 世 界 の CO2排 出 量 の 予 測 を OECD諸 国 と 非OECD 諸 国 に 分 け て 示 し て い る 。OECD 諸 国 に お け る 排 出 量 増 加 が 微 少 で あ る の に 対 し 非 OECD 諸 国 の 著 し い 増 加 が 注 目 さ れ る 。

図 1.1.8 OECD国 と 非 OECD国 の エ ネ ル ギ 起 源 CO2の 排 出 量 の 予 測

(出 典 ：2005 EIA web site)

燃 料 別 CO2発 生 量

図 1.1.9 は 1980 年 以 降 の 世 界 の CO2 排 出 量 の 推 移 と 2030 年 ま で の 予 測 を 燃 料 別 に OECD諸 国 と 非 OECD諸 国 に つ い て 示 す 。非 OECD諸 国 の 特 に 石 炭 消 費 の 増 加 に 伴 う CO2 排 出 量 の 著 し い 増 加 が 注 目 さ れ る 。 非 OECD 諸 国 に お け る 燃 料 消 費 量 、 特 に 石 炭 か ら の CO2 排 出 量 削 減 の 重 要 性 が 示 さ れ て い る 。

図1.1.9 1980－2030年 の 世 界 の 燃 料 別 CO2 排 出 量 の 推 移 と 予 想

(出 典 ：IEA 2008 World Energy Outlook)

CO2 排 出 量 削 減 対 策 － 再 生 可 能 エ ネ ル ギ の 利 用 増 加 及 び CCS (Carbon Capture and Storage：CO2 回 収 貯 蔵)の 普 及

図 1.1.10 は 2050 年 に お け る 世 界 の CO2 排 出 量 を 14Gton に 削 減 す る 場 合 の IEA (International Energy Agency) 予 測 を 示 す 。 以 下 の 削 減 対 策 と 効 果 が 期 待 さ れ て い る 。

① 消 費 側 に お け る 効 率 改 善 に よ る 削 減 効 果 47％ が 最 も 大 き く 、

② 次 い で 再 生 可 能 エ ネ ル ギ の 利 用 拡 大 21％ 、

③CCSの 導 入 19％ 、

④ 原 子 力 発 電 増 加 に よ る 削 減 効 果 6％ が 予 想 さ れ て お り 、

CCSが CO2排 出 量 削 減 の 重 要 な 手 段 に な る こ と が 期 待 さ れ て い る 。

図 1.1.11 は 各 種CCS技 術 及 び 図 1.1.12は 火 力 発 電 所 で 回 収 し た CO2を EOR (Enhanced Oil

Recovery) 等 に 利 用 す る CCSシ ス テ ム の 概 念 を 示 す 。

図 1.1.10 世 界 の 2050 年 ま で の CO2 削 減 対 策 を 行 っ た 場 合 の 排 出 量 の 予 測 (出 典 ：IEA 2008 World Energy Outlook)

Schematic diagram of possible CCS systems Overview of CO2 capture processes and systems

図 1.1.11 CCS技 術 の 分 類 (出 典 ：IEA 2008 World Energy Outlook)

図 1.1.12 CCSの EOR/EGRへ の 適 用 シ ス テ ム の 概 念 (出 典 ：FutureGen Alliance HP)

図 1.1.13は CO2削 減 対 策 と し て エ ネ ル ギ ー ミ ッ ク ス（ 各 種 一 次 エ ネ ル ギ の 合 理 的 組 合 せ ） を 行 っ た 場 合 の 一 次 エ ネ ル ギ 別 発 電 電 力 量 の 予 測 を 示 す 。

・ 再 生 可 能 エ ネ ル ギ に よ る 発 電 電 力 量 が 約 半 分 46％ を 占 め 、

・ 続 い て CCS機 能 付 き 天 然 ガ ス 火 力 、CCS機 能 付 き 石 炭 火 力

の 順 に な る こ と が 予 測 さ れ て い る 。 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 利 用 技 術 の 発 達 に よ る 地 球 規 模 的 普 及 の 期 待 と 共 に CCS 機 能 を 持 つ 天 然 ガ ス 火 力 発 電 及 び 石 炭 火 力 発 電 の 普 及 が 期 待 さ れ て い る 。

図 1.1.13 CO2 削 減 対 策 と し て エ ネ ル ギ ー ミ ッ ク ス を 行 っ た 場 合 の エ ネ ル ギ 別 発 電 電 力 量 の 予 測 (出 典 ：IEA 2008 World Energy Outlook)

表 1.1.2及 び 図 1.1.14は CO2 削 減 シ ナ リ オ に 対 す る 2030年 ま で の 世 界 に お け る CO2 削 減 対 策 と そ の 効 果 の 予 測 を 示 す 。 効 率 向 上 に よ る 排 出 量 の 半 減 、 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 普 及 の 増 加 に 続 き CCSに よ る 削 減 が 必 要 さ れ て い る 。

表1.1.2 大 気 中 の CO2 濃 度 削 減 シ ナ リ オ

(出 典 ：IEA 2008 World Energy Outlook) 項 目 450 ppm シ ナ リ オ

(2030 年 以 降 大 気 中 CO2 濃 度 を 450ppmで 安 定 化 さ せ る シ ナ リ オ ）

550 ppmシ ナ リ オ (2030年 以 降 大 気 中 CO2 濃 度 を 550ppmで 安 定 化 さ せ る シ ナ リ オ ）

地 球 温 度 上 昇 0.2 ℃ に 相 当 0.3 ℃ に 相 当

エ ネ ル ギ 需 要 の 伸 び 効 率 向 上 に よ り エ ネ ル ギ 需 要 増 加 が 半 減 す る 。

エ ネ ル ギ 需 要 増 は 継 続 、 但 し 使 用 燃 料 は 大 き く 変 化 す る 。 CCS を 始 め と す る CO2

排 出 量 削 減 対 策 の 普 及

CCS 等 の CO2 排 出 量 削 減 対 策 が 急 速 な 普 及 す る 。

CO2 排 出 権 価 格 2030 年 に お け る CO2 排 出 権 価 格 が US$180/に 高 騰 す る こ と を 予 想 す る 。

非 OECD 諸 国 に お い て CO2 排 出 量 が 大 幅 に 低 減 す る 。

2030 年 に お け る CO2 排 出 権 価 格 が US$90/に 高 騰 す る こ と を 予 想

CO2 排 出 削 減 対 策 へ の 投 資

GDP の 0.6%を 削 減 対 策 に 投 資 す る こ と が 必 要 。

GDPの 0.25%を 削 減 対 策 に 投 資 す る こ と が 必 要 。

図 1.1.14 450ppm シ ナ リ オ と 550ppmシ ナ リ オ に お け る 2030年 の 世 界 の CO2 削 減 対 策 と 排 出 量 の 予 想 (出 典 ：IEA 2008 World Energy Outlook)

図 1.1.15世 界 の 既 存 及 び 計 画 中 の CCSプ ロ ジ ェ ク ト の 所 在 地 点 を 示 す 。既 に 多 く の 貯 留 地 候 補 地 点 が 確 認 さ れ て い る 。

図 1.1.15 世 界 の 既 存 及 び 計 画 中 の CO2貯 留 池 点 (出 典 ：2005 IEA)

図 1.1.16は IEA550ppm シ ナ リ オ(2030年 時 点 で CO2濃 度 を 550ppmに 低 減 す る 計 画)及 び 450ppm シ ナ リ オ に 対 す る 世 界 の CO2 排 出 量 の 予 測 を 示 す 。450ppmレ ベ ル を 維 持 す る た め に は 非 OECD国 の 削 減 の 重 要 性 が 示 さ れ て い る 。

図1.1.16 2030年 に お け る 世 界 の エ ネ ル ギ 起 源 CO2の 排 出 量 の 予 測

(出 典 ：EIA 2008world Energy Outlook)

京 都 議 定 書 に お け る 我 が 国 の CO2削 減 の 約 束

1997 年（ 平 成 9年 ）12月 に 京 都 で「 気 候 変 動 枠 組 条 約 第 3 回 締 約 国 会 議（ 通 称 COP3）」

が 開 催 さ れ 、 先 進 諸 国 間 に お い て 、 地 球 温 暖 化 防 止 に 向 け た 2000 年 （ 平 成 12年 ） 以 降 の 国 際 的 枠 組 み に 関 す る 合 意 が 「 京 都 議 定 書 」 と し て 成 立 し た 。 議 定 書 で は 、 主 と し て 先 進 国 の 温 室 効 果 ガ ス 削 減 目 標 を 決 定 す る と 同 時 に 、 そ れ ら の 国 が 他 国 と 協 力 し て 目 標 を 達 成 す る 「 排 出 権 取 引 、 ク リ ー ン 開 発 メ カ ニ ズ ム (Clean Development Mechanism：CDM) お よ び 共 同 実 施(Joint Implementation：JI)が 認 め ら れ て い る 。こ の よ う な 国 際 協 調 に よ り 削 減 目 標 を 達 成 す る た め の メ カ ニ ズ ム を 京 都 メ カ ニ ズ ム と 言 う 。2001 年 （ 平 成 13年 ）10月 に モ ロ ッ コ の マ ラ ケ ッ シ ュ で 開 催 さ れ た COP7 で 、 京 都 議 定 書 の 運 用 細 則 を 定 め た マ ラ ケ ッ シ ュ 合 意 が 決 定 さ れ 、 日 本 は 2002 年 （ 平 成 14年 ）6月 4日 に 締 約 し た 。 本 議 定 書 の 発 効 条 件 で あ る 55カ 国 の 批 准 及 び 2004年 ロ シ ア の 批 准 に よ り 先 進 国 の CO2 排 出 量 が 1990年 時 点 の 55%を 超 え た こ と に よ り 2005年 2月 に 発 効 し た 。

図 1.1.17は 京 都 議 定 書 に お け るCO2削 減 の 約 束 値 と 温 室 効 果 ガ ス 排 出 状 況 を 示 す 。わ が 国 は 1990 年 比 6％ を 削 減 す る こ と を 約 束 し た 。本 約 束 が そ の 後 の 我 が 国 の 発 電 産 業 に 大 き な 影 響 を 与 え て い る 。

図 1.1.17 京 都 議 定 書 の 約 束 値 と 温 室 効 果 ガ ス 排 出 状 況 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP )

(2) 地 表 気 温 の 上 昇

以 上 述 べ た よ う に 産 業 革 命 以 降 地 球 温 室 効 果 ガ ス で あ る CO2 排 出 量 増 加 に よ り 大 気 中 の CO2濃 度 は 増 加 し 地 表 気 温 は 上 昇 を 続 け て い る 。現 在 の 化 石 燃 料 消 費 傾 向 が 持 続 さ れ れ ば 、 今 世 紀 中 に 大 気 中 の CO2 濃 度 は 700～1,000ppm程 度 に 増 加 し 、 異 常 気 候 を 惹 起 し 地 球 環 境 の 破 壊 を 招 来 す る こ と が 予 測 さ れ て い る 。 開 発 途 上 国 の エ ネ ル ギ 消 費 量 の 増 大 に よ っ て は よ り 急 速 に 地 球 環 境 破 壊 を 招 く こ と も 懸 念 さ れ て い る 。

図 1.1.18及 び 図 1.1.19 は 夫 々 、 過 去 1100年 の 地 表 気 温 の 変 化 及 び 過 去 120 数 年 の 陸 地 と 海 洋 の 平 均 表 面 気 温 の 変 化 を 示 す が 、 化 石 燃 料 を 動 力 源 に 使 用 し 始 め た 産 業 革 命 以 降 0.8

～1.0℃ に 及 ぶ 気 温 の 急 速 な 上 昇 傾 向 が み ら れ る 。

図 1.1.18 過 去 1100年 の 地 表 気 温 の 変 化 (出 典 ：IPCC web site)

図 1.1.19 過 去 150 年 の 気 温 の 変 化 (出 典 ：IPCC web site) 図1.1.20は 産 業 革 命 以

降 の 地 表 気 温 、海 面 上 昇 及 び 北 半 球 に お け る 雪 覆 面 積 の 変 化 を 示 す 。気 温 上 昇 約 1℃ 、 海 面 上 昇 約 200mm 及 び 雪 覆 面 積 約 300 万 km² の 減 少 が 観 測 さ れ て い る 。地 表 温 度 上 昇 に 伴 い 北 極 圏 の 氷 河 が 融 解 し 海 面 上 昇 を 引 き 起 こ し た も の と 考 え ら れ る 。

図 1.1.20 過 去 150 年 の 地 表 気 温 、 海 面 上 昇 及 び 北 半 球 に お け る 覆 雪 面 積 の 変 化 (出 典 ：IPCC web site)

図 1.1.21は 地 表 平 均 気 温 変 動 の 予 測 を 示 す が 、CO2削 減 対 策 や 経 済 成 長 等 に よ り 大 気 中 の CO2濃 度 は 変 化 し 、 そ れ に 応 じ て 地 上 気 温 の 変 化 が 異 な る 。21世 紀 中 に 1～6℃ の 上 昇 が 予 測 さ れ て い る が 、 途 上 国 の 急 速 な エ ネ ル ギ 使 用 量 の 増 加 に よ っ て は 、 温 度 上 昇 の 拡 大 も 考 え ら れ る 。 今 後 も 人 類 が 持 続 的 発 展 を 継 続 さ せ る た め に は エ ネ ル ギ 資 源 及 び 地 球 環 境 の 保 全 が 不 可 欠 で あ り 、 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 増 大 を 抑 制 し 気 候 変 動 を 防 止 し な け れ ば な ら な い 。

図 1.1.21 地 上 平 均 気 温 変 化 の 予 測 (出 典 ：IPCC web site)

1 ． 2 エ ネ ル ギ 資 源 量 と 消 費 量 予 測

本 項 で は 化 石 燃 料 資 源 埋 蔵 量 と エ ネ ル ギ 別 の 発 電 電 力 量 実 績 と 予 測 を 調 査 し た 。 化 石 燃 料 の 残 存 埋 蔵 量 は 減 少 し て お り 、 地 球 温 暖 化 抑 止 の 観 点 か ら だ け で な く エ ネ ル ギ 資 源 保 全 の 観 点 か ら も 、 化 石 燃 料 依 存 の エ ネ ル ギ 供 給 体 制 か ら 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 等 の 脱 化 石 エ ネ ル ギ 体 制 へ の 迅 速 な 移 行 が 不 可 欠 に な っ て い る 。 特 に 中 国 や イ ン ド 等 を 始 め と す る 開 発 途 上 国 の 経 済 発 展 と 人 口 増 加 に 伴 う 石 炭 消 費 量 の 急 速 な 増 加 が 予 想 さ れ て お り 、大 気 中 CO2 濃 度 の 増 加 に よ る 地 球 温 暖 化 の 進 行 要 因 に な る こ と が 懸 念 さ れ て い る 。

(1) 世 界 の エ ネ ル ギ 資 源 埋 蔵 量

図 1.2.1は 世 界 の 各 種 エ ネ ル ギ 資 源 の 可 採 埋 蔵 量 お よ び 図 1.2.2は 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移 を 示 す 。

図 1.2.1 世 界 の エ ネ ル ギ 資 源 埋 蔵 量 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP)

図 1.2.2 は 現 在 の 消 費 量 基 準 に お け る 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 資 源 の 可 採 年 数 を 示 す 。 石 油 41 年 、 天 然 ガ ス 63年 及 び 石 炭 147 年 と 推 定 さ れ て い る 。

図 1.2.2 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 資 源 可 採 年 数 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP)

一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移

図 1.2.3は 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移 を 示 す が 過 去25年 平 均 約 172Mtoe/年 の 伸 び 率 で 安 定 的 に 増 加 し て い る が 、 近 年 石 炭 消 費 量 の 伸 び が 顕 著 で あ る 。

図 1.2.3 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移 (出 典 ：IEA web site)

ま た 、図 1.2.4は 世 界 の 地 域 別 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移 を 示 す が 、 近 年 ア ジ ア パ シ フ ィ ッ ク 地 区 の 消 費 量 の 伸 び が 顕 著 で あ る こ と を 示 し て い る 。

図 1.2.4 世 界 の 地 域 別 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移 (出 典 ：IEA web site)

図 1.2.5 は 世 界 の 燃 料 別 発 電 電 力 量 の 推 移 を 示 す 。 石 油 を 除 き 発 電 電 力 量 は 増 加 し 、 過 去 35年 の 平 均 増 加 率 は 凡 そ 40万 GWh/年 で あ る 。近 年 石 炭 火 力 発 電 に よ る 発 電 電 力 量 の 増 加 が 顕 著 で あ る 。

図 1.2.5 世 界 の 燃 料 別 発 電 電 力 量 の 推 移 (出 典 ：IEA web site) 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 予 測

図 1.2.6 は 一 次 エ ネ ル ギ 別 の 世 界 の エ ネ ル ギ 需 要 の 最 近 の 推 移 と 今 後 の 予 想 を 示 す が 、 2030 年 ま で に 約 50％ 増 加 し 石 炭 が そ の 約 1/3、 天 然 ガ ス が 約 1/4を 占 め る で あ ろ う こ と が 予 想 さ れ て い る 。

図 1.2.6 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 推 移 と 予 測 (出 典 ：IEA web site)

図 1.2.7 は 過 去 7年 間 (2000－2007 年) に お け る 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 燃 料 別 の 増 加 及 び 非 OECD諸 国 に お け る 今 後 (2006年 －2030) の 石 炭 消 費 量 の 増 加 予 想 を 示 す 。

図 1.2.7 過 去 7年 間 に お け る 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 増 加 と 予 測

(出 典 ： EIEA web site)

図1.2.8 は 過 去25年 の 世 界 の エ ネ ル ギ 消 費 量 推 移 とEIAに よ る 今 後 の 経 済 成 長 に 対 応 し た エ ネ ル ギ 消 費 量 の 変 動 予 想 を 示 す 。

図 1.2.8 世 界 の エ ネ ル ギ 過 去25年 の 消 費 量 推 移 と 今 後 の 予 想 (出 典 ：EIA web site)

図 1.2.9 は 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ の 種 類 別 消 費 量 推 移 と IEAに よ る需 要 伸 長 の 予 測 を 示 す 。 石 炭 の 消 費 量 が 2001 年 以 降 急 速 に 増 加 し て い る こ と を 示 し て い る 。

図 1.2.9 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ の 種 類 別 消 費 量 推 移 と 需 要 の 伸 び 予 測 (出 典 ：IEA web site)

図 1.2.10は 世 界 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 需 要 予 測 を 示 す 。今 後 特 に OECD諸 国 に お い て は 風 力 、 太 陽 光 等 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ の 利 用 が 大 き く 増 大 し 水 力 の 比 率 が 低 下 す る こ と

が 示 さ れ て い る 。

図1.2.10 世 界 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 消 費 量 の 需 要 予 測 (出 典 ：IEA web site)

人 口 と エ ネ ル ギ 消 費 量

図 1.2.11 は 各 国 の 人 口 及 び 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 率 を 示 す 。ま た 図1.2.12 は 国 別 の 人 口 一 人 当 た り の 電 力 消 費 量 を 示 す 。世 界 の 人 口 の 40％ 弱 を 占 め る 中 国・イ ン ド の 人 口 一 人 当 た り の 電 力 消 費 量 は 現 在 わ が 国 の そ れ ぞ れ お お よ そ 5分 の 1及 び 17分 の 1で あ る が 、経 済 発 展 と 共 に わ が 国 の 水 準 に 達 す る と す れ ば 、 世 界 の エ ネ ル ギ 消 費 量 は 現 在 の 倍 以 上 に 増 加 す る こ と に な る 。

1.2.11 各 国 の 人 口 と 一 次 エ ネ ル ギ 消 費 量 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP)

図 1.2.12 各 国 の 一 人 当 た り の 電 力 消 費 量 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

エ ネ ル ギ 消 費 量 は 経 済 成 長 に よ る 増 加 の 他 に 人 口 増 加 に よ っ て も ほ ぼ 比 例 的 に 増 加 す る も の と 思 わ れ る が 、図 1.2.13は 世 界 人 口 の 推 移と 予 想 を 示 す 。

人口 10億人

図 1.2.13 世 界 人 口 の 推 移と 予 想 (出 典 ： 国 際 連 合 HP )

ま た 図 1.2.14に 示 さ れ る よ う に 開 発 途 上 国 の 高 度 経 済 発 展 が 予 想 さ れ 、人 口 増 加 及 び 経 済 成 長 に 伴 い エ ネ ル ギ 消 費 量 の 急 速 な 増 加 が 予 想 さ れ る 。 こ の エ ネ ル ギ 消 費 量 の 増 加 に 応 じ

て CO2排 出 量 が 増 大 す る の で 、特 に こ れ ら の 急 速 に 経 済 成 長 を 続 け る 東 ア ジ ア 太 平 洋 諸 国 及 び そ の 他 の 開 発 途 上 国 に お け る 省 エ ネ ル ギ の 重 要 性 が 窺 わ れ る 。

伸び率 %

図 1.2.14 世 界 経 済 の 成 長 と 展 望 (出 典 ： 世 界 銀 行 HP )

世 界 の 電 力 消 費 量

図 1.2.15は 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 別 発 電 量 の 2030年 の 予 想 を 示 す が 、450ppmシ ナ リ オ で は 石 炭 火 力 発 電 量 の 伸 び 率 が 抑 制 さ れ 、再 生 可 能 エ ネ ル ギ 及 び CCSの 導 入 が 促 進 さ れ る べ き こ と が 示 さ れ て い る 。

図 1.2.15 2030 年 の 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 別 電 力 需 要 増 加 予 測 (出 典 ：IEA web site)

図 1.2.16は １990 年 を 基 準 に し た 主 要 国 の 電 力 消 費 量 の 伸 び 率 を 示 す 。 中 国 の 伸 び 率 が 特 に 著 し い 。

伸び率

図 1.2.16 主 要 国 の 1990年 以 降 の 電 力 消 費 量 の 伸 び 率 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP)

図 1.2.17 は 2005 年 か ら 2030 年 に 至 る 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 別 発 電 量 の EIA の 予 測 を 示 す 。 石 炭 資 源 の 豊 富 な 米 国 で はIEAの 予 測 と 多 少 異 な り 特 に 石 炭 に よ る 発 電 電 力 量 増 加 が 予 想 さ れ て お り 、後 に 述 べ る 石 炭 火 力 発 電 に お け る 効 率 向 上 と 及 び CCS技 術 の 早 期 実 用 化 開 発 の 背 景 に な っ て い る が 、 オ バ マ 政 権 に 交 代 し た こ と か ら 、 再 生 可 能 エ ネ ル ギ 導 入 促 進 へ 軌 道 修 正 が 図 ら れ る も の と 思 わ れ る 。

図1.2.17 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ 別 発 電 量 の 予 測 (出 典 ： EIA web site)

第 2 章 我 が国 の火 力 発 電 プラントの動 向

わ が 国 で は 一 次 エ ネ ル ギ ー の 4割 以 上 を 電 力 と し て 使 用 し て お り 、電 力 へ の 依 存 度 が 高 く 電 力 の 安 定 供 給 は 産 業 及 び 日 常 生 活 に お い て 重 要 で あ る 。 我 が 国 で 産 出 さ れ る 一 次 エ ネ ル ギ ー 量 は 約 4％ と 僅 少 で あ り 、 そ の 供 給 を 全 面 的 に 輸 入 に 依 存 し て い る 。 こ の た め 一 次 エ ネ ル ギ ー の コ ス ト が 高 く 、 確 保 は 必 ず し も 容 易 で は な く 不 安 定 で あ る 。 ま た 電 力 産 業 に は 厳 し い 環 境 保 全 が 課 せ ら れ て い る 。

電 力 需 要 の 観 点 に お い て 、季 節 間 及 び 日 中 の 気 温 変 化 が 大 き く 、家 庭 用 電 力 需 要 が 大 き い こ と と 相 ま っ て 電 力 需 要 の 変 動 が 大 き い 。

我 が 国 の 電 力 産 業 は こ の よ う な ハ ン デ ィ キ ャ ッ プ を 背 負 っ て 、高 効 率 で 安 定 し た 電 力 供 給 を 行 う こ と が 要 求 さ れ る 。 特 に 近 年 は 地 球 温 暖 化 問 題 等 の 環 境 保 全 の 観 点 か ら 高 効 率 化 を 重 点 に 発 電 技 術 の 改 良 ・ 開 発 が 進 め ら れ て い る 。

火 力 発 電 の 主 要 燃 料 は 天 然 ガ ス と 石 炭 で あ り 、前 者 に つ い て は ガ ス タ ー ビ ン の 高 温 大 容 量 化 に よ る ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 、 及 び 後 者 に つ い て は 超 超 臨 界 高 温 発 電 等 の 高 効 率 高 機 能 の 発 電 技 術 が 世 界 に 先 行 し て 実 用 化 さ れ た 。 現 在 天 然 ガ ス 火 力 に つ い て は ガ ス タ ー ビ ン の 更 な る 高 温 化 に よ る 高 性 能 化 や 65％ 級 の 高 効 率 発 電 を 目 標 に 固 体 電 解 質 燃 料 電 池 複 合 発 電 技 術 の 開 発 が 進 め ら れ て い る 。 石 炭 火 力 に つ い て は 蒸 気 条 件 30MPa×700℃ 級 の 超 超 臨 界 高 温 発 電 に よ る 高 効 率 発 電 技 術 、空 気 吹 き/酸 素 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 技 術 及 び 各 種 CCS技 術 の 実 用 化 開 発 が 進 め ら れ て い る 。

2 ． 1 我 が 国 の 電 力 産 業 の 動 向

(1) 発 電 電 力 量 と 電 力 化 率

我 が 国 の 電 力 消 費 量 は 戦 後 ほ ぼ 一 貫 し て 伸 長 し て き た 。 さ ら に 近 年 は 情 報 化 の 進 展 や 快 適 な 生 活 環 境 の 希 求 に よ り 、 経 済 は 安 定 成 長 期 に 入 っ た と い わ れ な が ら も 電 力 需 要 は 伸 長 し た 。 生 活 水 準 の 向 上 に よ り 快 適 な 生 活 が 求 め ら れ 、 空 調 を 始 め と し て 生 活 に お け る 電 力 の 役 割 は ま す ま す 大 き く な り 、 ま た コ ン ピ ュ ー タ や 通 信 な ど IT革 新 に よ る 高 度 情 報 化 社 会 の 進 展 に よ り 、 産 業 及 び 生 活 に お い て 電 力 の 重 要 性 は 増 加 し て い る 。 こ の よ う に 我 が 国 の 電 力 化 率 (一 次 エ ネ ル ギ ー の 電 力 へ の 変 換 率) は 高 い 。図 2.1.1は 我 が 国 の 一 次 エ ネ ル ギ ー 供 給 量 と 電 力 化 率 の 推 移 を 示 す 。

図 2.1.1 我 が 国 の 一 次 エ ネ ル ギ ー に 占 め る 電 力 化 率 の 推 移 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

(2) 一 次 エ ネ ル ギ ー 別 発 電 電 力 量

我 が 国 の 電 力 の ほ と ん ど は が 全 国 の 1,300 以 上 の 発 電 所 で 火 力（ 石 油 、LNG、石 炭 な ど ）、

水 力 、 原 子 力 等 の 一 次 エ ネ ル ギ ー を 利 用 し て 発 電 さ れ て い る 。 図 2.1.2 は 我 が 国 の 一 次 エ ネ ル ギ ー 別 発 電 量 の 推 移 と 展 望 を 示 す 。2006年 実 績 で は 、化 石 燃 料 に よ る 火 力 発 電 電 力 量 が 約 60％ 、原 子 力 発 電 比 率 が 約 30％ を 占 め 、水 力 を 主 体 と す る 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 発 電 電

力 量 約 10％ で 、 火 力 発 電 で は 天 燃 ガ ス が 最 も 大 き く 26％ 、 石 炭 が 約 24％ で あ る 。

図 2.1.2 我 が 国 の 一 次 エ ネ ル ギ ー 別 発 電 量 の 推 移 と 展 望 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

(3) 電 力 消 費 の 特 徴 － 家 庭 消 費 電 力 の 伸 長 と 電 力 需 要 変 動

近 年 家 庭 用 空 調 機 等 の 増 加 に よ り 冷 房 に よ る 夏 の 電 気 消 費 量 の 伸 び が 大 き く 、1日 の 中 で は 真 夏 の 暑 さ が ピ ー ク に な る 午 後 2時 頃 に 消 費 量 は 最 大 に な り 、 最 大 値 と 最 小 値 の 需 要 差 が 大 き く 、 発 電 設 備 容 量 の み の な ら ず 設 備 の 形 式 及 び 機 能 に 大 き く 影 響 し て い る 。

図 2.1.3は 我 が 国 の 家 庭 消 費 電 力 量 の 推 移 を 示 す が 、 家 庭 で の 電 力 消 費 量 の 伸 び は 近 年 著 し く 一 世 帯 あ た り の 電 力 消 費 量 は 増 加 を 続 け て い る 。 情 報 化 社 会 の 進 展 や 高 齢 化 の 進 行 に よ り 家 庭 の 電 力 消 費 量 は ま す ま す 増 加 す る こ と が 予 測 さ れ る 。 図 2.1.4は 我 が 国 の 1世 帯 あ た り 消 費 電 力 量 の 推 移 を 示 す 。 図 2.1.5は 我 が 国 の 夏 期 の 1日 の 消 費 電 力 量 の 変 化 を 示 し て い る が 、 電 力 消 費 量 の 増 加 と 共 に 最 大 電 力 量 と 最 少 電 力 量 の 差 が 拡 大 し て い る 。 図 2.1.6 は わ が 国 の 電 力 消 費 量 の 季 節 変 化 を 示 す が 、同 様 に 最 大 電 力 量 と 最 少 電 力 量 の 差 が 拡 大 し て い る 。 電 気 は 貯 蔵 で き な い エ ネ ル ギ ー で あ る か ら 発 電 設 備 は 需 要 の ピ ー ク （ 最 大 電 力 ）を 十 分 賄 え る 容 量 に す る と と も に 需 要 (負 荷) に 急 速 に 追 従 で き る 機 能 が 要 求 さ れ る 。

図 2.1.3 我 が 国 の 家 庭 消 費 電 力 量 の 推 移 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

図 2.1.4 我 が 国 の 1 世 帯 あ た り 消 費 電 力 量 の 推 移 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

図 2.1.5 我 が 国 の 夏 期 の 1日 の 消 費 電 力 量 の 変 化 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会HP)

図 2.1.6 我 が 国 の 消 費 電 力 量 の 季 節 変 化 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

(4) 我 が 国 の 電 源 構 成 の 特 徴 － 異 種 類 電 源 の ベ ス ト ミ ッ ク ス

我 が 国 の エ ネ ル ギ ー 自 給 率 は わ ず か 4%し か な く 全 面 的 に 輸 入 に 依 存 し て い る 。我 が 国 電 力 事 業 は こ の 脆 弱 な エ ネ ル ギ ー 供 給 基 盤 の も と に 、 地 球 温 暖 化 問 題 、 電 力 需 要 の 伸 長 及 び 季 節 間 及 び 昼 夜 間 の 需 要 差 の 拡 大 等 の 多 く の 課 題 に 対 応 し な け れ ば な ら な い 。 地 球 温 暖 化 対 策 に 絶 大 な 効 果 を 有 す る 原 子 力 発 電 、 負 荷 調 整 機 能 を 有 す る 高 効 率 高 機 能 の 火 力 発 電 及 び 電 力 需 要 の 平 準 化 に 有 効 な 水 力 発 電 を 併 用 し (電 源 の ベ ス ト ミ ッ ク ス) 安 定 し た 電 力 の 供 給 に 努 め て い る 。 図 2.1.7は 我 が 国 の 電 源 構 成 (ミ ッ ク ス) を 示 す 。

図 2.1.7 我 が 国 の 電 源 構 成 の 適 正 化 (出 典 ： 電 気 事 業 連 合 会 HP )

2 ． 2 我 が 国 の 火 力 発 電 技 術 の 動 向

上 記 の よ う な 我 が 国 特 有 の 電 力 産 業 に 課 せ ら れ た 問 題 に よ り 合 理 的 に 確 実 に 対 応 す る た め 、 我 が 国 の 電 力 技 術 は 改 良 開 発 が 推 進 さ れ て き た 。 以 下 に 主 要 な 火 力 発 電 技 術 の 開 発 状 況 を 記 す 。

(1) 高 温 ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電

ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 は 、 天 然 ガ ス を 燃 料 と し 火 力 発 電 方 式 の 中 で 最 高 の 発 電 効 率 が 得 ら れ 、CO2排 出 量 は 石 炭 火 力 発 電 の 約 2分 の 1以 下 と 少 な く 、環 境 性 能 及 び 運 用 性 能 に 優 れ た 発 電 技 術 で あ り 、 近 年 我 が 国 に お い て は 主 要 な 発 電 技 術 に な っ て い る 。 図 2.2.1は ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 プ ラ ン ト の シ ス テ ム 構 成 を 示 す 。 ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 大 容 量 化 及 び 高 性 能 化 に は そ の 主 機 で あ る ガ ス タ ー ビ ン の 大 容 量 化 高 温 化 に よ る 高 性 能 化 が 必 要 で あ り 、我 が 国 で は 世 界 に 先 駆 け て 1500℃ 級 の 高 温 大 容 量 ガ ス タ ー ビ ン が 開 発 実 用 化 さ れ た 。 図 2.2.2は 我 が 国 で 唯 一 の 大 容 量 ガ ス タ ー ビ ン 製 造 者 で あ る 三 菱 重 工 業(株) 製 造 ガ ス タ ー ビ ン の 高 温 大 容 量 化 の 推 移 を 示 す 。

図 2.2.1 ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 構 成 (出 典 ： 九 州 電 力 HP ) 図 2.2.3 は M701G2形 ガ ス タ ー ビ ン の 内 部 構 造 を 示 す 。M701G2形 ガ ス タ ー ビ ン は 圧 力 比 21:1の 14段 圧 縮 機 を 装 備 し 、 前 方 段 に は 可 変 静 翼 及 び 入 口 案 内 翼 を 装 備 し 起 動 特 性 及 び 部 分 負 荷 運 転 時 の 性 能 向 上 を 図 っ て い る 。 ま た 低 ア ス ペ ク ト 比 MCA翼(MCA: Multiple Circular Arc)及 び CDA翼(CDA: Controlled Diffusion Airfoil)を 採 用 し,1段 当 た り の 負 荷 分 担 を 増 加 し 翼 列 損 失 を 抑 え た 高 圧 力 比 高 効 率 設 計 が な さ れ て い る 。圧 縮 機 の 設 計 は 2001 年 同

社 高 砂 製 作 所 の 長 期 信 頼 性 実 証 試 験 で 検 証 さ れ た M501H形 ガ ス タ ー ビ ン の 相 似 設 計 と し 信 頼 性 向 上 が 図 ら れ た 。

1.

図 2.2.2 ガ ス タ ー ビ ン 出 力 と 入 口 温 度 の 高 温 化 (出 典 ： 三 菱 重 工HP )

図 2.2.3 M701G2 形 ガ ス タ ー ビ ン (出 典 ： 三 菱 重 工 HP )

表 2.2.1 は ガ ス タ ー ビ ン 及 び 1軸 型 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 性 能 を 示 す 。

表 2.2.1 ガ ス タ ー ビ ン 及 び 複 合 発 電 プ ラ ン の 性 能 (出 典 ： 三 菱 重 工HP )

項 目 M501G M701G

ガ ス タ ー ビ ン 出 力 254 MW 334 MW

複 合 発 電 プ ラ ン ト の 出 力 (1軸 型) 371 MW 484 MW 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 効 率 (1軸 型)

（LHV 基 準 ）

58.0 % (1,482 kcal/kWh) 58.0 % (1,482 kcal/kWh)

(2) 固 体 酸 化 物 形 燃 料 電 池 複 合 発 電 （FCCC: Fuel Cell Combined Cycle）

燃

、 料 電 池 は そ の 電 解 質 の 材 料 に よ り 、 リ ン 酸 型 (PAFC：Phosphoric Acid)、 固 体 高 分 子 型 (PEFC：Polymer Electrolyte)、溶 融 炭 酸 塩 型 (MCFC：Molten Carbonate)及 び 固 体 酸 電 解 質 型 燃 料 電 池 (SOFC：Solid Oxide Electrolyte Fuel Cell ） に 大 別 さ れ る が 、SOFCは 他 種 燃 料 電 池 よ り 高 温 作 動 で 高 効 率 が 得 ら れ る の で 複 合 発 電 に お け る ト ッ ピ ン グ サ イ ク ル に 適 し 構 成 要 素 が 固 体 で あ る こ と に よ り 高 い 信 頼 性 が 得 ら れ 、 石 炭 ガ ス 化 ガ ス 等 の 使 用 に も 適 し 燃 料 多 様 性 も 持 つ る こ と が 期 待 で き る 燃 料 電 池 で あ る 。SOFC-ガ ス タ ー ビ ン あ る い は SOFC-ガ ス タ ー ビ ン － 蒸 気 タ ー ビ ン 複 合 発 電 シ ス テ ム の 適 用 に よ り 、 熱 機 関 発 電 方 式 を 大 き く 凌 駕 す る 65以 上 の 高 効 率 発 電 の 可 能 性 を 有 し 、 次 世 代 主 要 電 源 と し て 世 界 で 技 術 開 発 が 推 進 さ れ て い る 。我 が 国 に お い て は 200kW SOFC-マ イ ク ロ ガ ス タ ー ビ ン 複 合 シ ス テ ム が 試 作 さ れ 発 電 効 率 50％ が 得 ら れ て い る 。図 2.2.4 は 固 体 酸 化 物 燃 料 電 池SOFC複 合 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム の 構 成 を 示 す 。

図 2.2.4 固 体 酸 化 物 燃 料 電 池 SOFC複 合 発 電 プ ラ ン ト シ ス テ ム (出 典 ： 三 菱 重 工 HP ) 参 考 ： 燃 料 電 池 発 電 の 基 本

水 を 「 電 気 分 解 」 す る と 水 素 H2 と 酸 素 に 分 か れ る が 、 燃 料 電 池 は 逆 に H2 (ま た は H2 と CO)と O2の 反 応 に よ り 水 H2Oが 生 成 さ れ る 時 に 発 生 す る 電 子 の 流 れ (電 気) を 外 部 回 路 に 取 り だ す 装 置 で あ る 。 電 気 化 学 反 応 に よ り 化 学 エ ネ ル ギ ー を 直 接 電 気 エ ネ ル ギ ー に 変 換 す る の で 熱 力 学 の 第 2法 則 (熱 力 学 的 サ イ ク ル) の 制 約 を 受 け な い の で 高 い 発 電 効 率 を 得 る こ と が 可 能 で あ り 、SOFC 等 の 高 温 燃 料 電 池 は H2の み な ら ず 一 酸 化 炭 素 (CO) も 燃 料 に す る こ と が で き る 。 騒 音 や 振 動 も ほ と ん ど 発 生 し な い の で 、 熱 を 給 湯 や 暖 房 に 利 用 す る コ ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン に も 適 し 各 種 ビ ル や 商 店 街 に お け る 電 気 と 熱 (蒸 気 、 温 水) の 供 給 に 適 し て い る 。PEFCが 自 動 車 や 家 庭 用 な ど の 燃 料 電 池 は 実 用 化 さ れ つ つ あ る が 、 電 力 事 業 用 の 大 規 模 な 燃 料 電 池 発 電 技 術 は 開 発 段 階 で あ り 、 電 解 質 の 改 良 、 小 型 化 、 大 規 模 化 、 製 造 技 術 の 改 善 等 コ ス ト 低 減 、 性 能 向 上 及 び 製 造 技 術 等 コ ス ト 低 減 の 研 究 開 発 が 推 進 さ れ て い る 。

(3) 超 々 臨 界 圧 石 炭 火 力 発 電

石 炭 対 応 の 発 電 技 術 と し て は ラ ン キ ン サ イ ク ル を 原 理 と す る コ ン ベ ン シ ョ ナ ル 発 電 方 式 (ボ イ ラ － 蒸 気 タ ー ビ ン) の 超 高 圧 高 温 化 と 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 方 式 の 開 発 が 推 進 さ れ て い る 。 図 2.2.5 は 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の シ ス テ ム を 示 す 。

図 2.2.5 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 構 成 (出 典 ： 九 州 電 力 HP )

図 2.2.6 は 我 が 国 の 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 蒸 気 条 件 の 変 遷 を 示 す 。 我 が 国 の 電 力 産 業 界 は 世 界 に 先 駆 け て 蒸 気 条 件 の 高 温 高 圧 化 (USC化) に よ る 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 高 効 率 化 を 推 進 し て き た 。

図 2.2.7 は 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 蒸 気 条 件 と 送 電 端 効 率 の 関 係 を 示 す 。 蒸 気 条 件 の 上 昇 に よ る 高 効 率 化 に よ り 石 炭 消 費 量 が 削 減 さ れ 、CO2排 出 量 が 削 減 さ れ る こ と を 示 し て い る 。 図 2.2.8 は 2005年 ま で の 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 熱 効 率 の 推 移 を 示 す 。我 が 国 の 石 炭 火 力 発 電 の 効 率 は 世 界 水 準 を 大 き く 凌 駕 し て い る こ と を 示 し て い る 。

現 在 稼 働 中 の 電 源 開 発 (株) 橘 湾 火 力 発 電 所 1、2号 機 は 蒸 気 タ ー ビ ン 出 力 1050MW、圧 力 25.1MPa及 び 主/再 熱蒸 気 温 度 600/610℃ の 超 超 臨 界 圧 蒸 気 条 件 を 採 用 し た 世 界 最 大 容 量 プ ラ ン ト で あ る 。図 2.2.9及 び 図 2.2.10に 電 源 開 発(株)橘 湾 火 力 発 電 所 2号 ユ ニ ッ ト の ボ イ ラ 及 び 蒸 気 タ ー ビ ン の 外 観 を 示 す 。

図 2.2.6 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 蒸 気 条 件 の 変 遷 (出 典 ： 日 立 製 作 所 HP )

図2.2.7 石 炭 火 力 発 電 プ ラ ン ト 蒸 気 条 件 と 送 電 端 効 率 (出 典：Clean Coal Technologies in Japan)

図 2.2.8 石 炭 火 力 発 電 の 熱 効 率 (出 典 ： 日 立 製 作 所 HP )

図2.2.9 タ ー ビ ン蒸 気 条 件25.1MPa×600/610℃ 出 力1050MW用 電 源 開 発(株)橘 湾 火 力 発 所 2号 ボ イ ラ (出 典 ： 日 立 製 作 所 HP)

図 2.2.10 同 2号 タ ー ビ ン (出 典 ： 三 菱 重 工 HP )

(4) 加 圧 流 動 床 ボ イ ラ 複 合 発 電

加 圧 流 動 床 複 合 発 電 (PFBC：Pressurized Fluidized Bed Combustion) は ， 圧 力 容 器 内 に 収 納 し た 流 動 床 ボ イ ラ ー か ら 発 生 し た 高 温 高 圧 の 蒸 気 に よ り 蒸 気 タ ー ビ ン を 駆 動 し て 発 電 す る と と も に ， ボ イ ラ ー か ら の 排 ガ ス に よ り ガ ス タ ー ビ ン を 駆 動 し て 発 電 す る 複 合 発 電 方 式 で 下 記 の 特 徴 を 持 つ 。

加 圧 流 動 床 複 合 発 電 方 式 は ， 蒸 気 タ ー ビ ン － ガ ス タ ー ビ ン の 複 合 発 電 で あ り ， ガ ス タ ー ビ ン 空 気 圧 縮 機 に よ り 加 圧 す る の で 大 型 補 機 が 不 要 で 補 機 動 力 が 低 減 さ れ 、 従 来 型 の 微 粉 炭 発 電 方 式 に 比 べ 約 2％ 程 度 高 い 送 電 端 効 率 を 得 る こ と が で き る 。 さ ら に ， 加 圧 下 で 燃 焼 す る の で ボ イ ラ の 小 型 化 が 可 能 で あ り ， 炉 内 脱 硫 機 能 を 有 し 排 煙 脱 硫 装 置 が 不 要 と な り 発 電 所 の コ ン パ ク ト 化 が 可 能 で あ る 。

図 2.2.11 に加 圧 流 動 床 複 合 発 電 プ ラ ン ト の シ ス テ ム 構 成 を 示 す 。九 州 電 力(株) 苅 田 新 １ 号 機 は 出 力 36万 kWの 世 界 最 大 容 量 加 圧 流 動 床 複 合 発 電 プ ラ ン ト で あ る 。

図 2.2.11 九 州 電 力(株) 苅 田 新 １ 号 36万 kW加 圧 流 動 床 複 合 発 電 プ ラ ン ト の シ ス テ ムの 構 成 (出 典 ： 九 州 電 力 HP )

表 2.2.2 は加 圧 流 動 床 複 合 発 電 方 式 と 従 来 型 発 電 方 式 の 基 本 的 特 徴 の 比 較 を 示 す 。

表 2.2.2は加 圧 流 動 床 複 合 発 電 方 式 と 従 来 型 発 電 方 式 の 基 本 的 特 徴 (出 典 ： 九 州 電 力 HP )

主 要 機 能 加 圧 流 動 床 複 合 発 電 従 来 型 発 電

高 効 率

発 電 端 効 率 約 43％ 約 42％

送 電 端 効 率 約 42％ 約 40％

環 境 対 策

硫 黄 酸 化 物 炉 内 脱 硫（ 排 煙 脱 硫 装 置 不 要 ） 排 煙 脱 硫 装 置 窒 素 酸 化 物 低 温 燃 焼 に よ る 低 NOｘ

＋ 排 煙 脱 硝 装 置 排 煙 脱 硝 装 置

コ ン パ ク ト 設 置 面 積 約 60％ 100％

(5) 空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 （A-IGCC：Air-blown Integrated Coal Gasification Combined Cycle）

空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 は 、 石 炭 を 空 気 で ガ ス 化 し て ガ ス タ ー ビ ン 燃 料 と す る 複 合 発 電(ガ ス タ ー ビ ン － 蒸 気 タ ー ビ ン 発 電 ）で 、従 来 の 石 炭 火 力（ 微 粉 炭 燃 焼 方 式 ）よ り 高 い 発 電 効 率 (48〜50%程 度 、 送 電 端 低 位 基 準)が 期 待 さ れ て い る.

図2.2.12に 空 気 吹 き 250MW石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 プ ラ ン ト (実 証 機 )の 鳥 瞰 図 及 び 図2.2.13ﾊ プ ラ ン ト シ ス テ ム を 示 す 。

図 2.2.12 空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 プ ラ ン ト (実 証 機 )の 鳥 瞰 図 (三 菱 重 工 HP) 図 2.2.13は 空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 プ ラ ン ト の シ ス テ ム 構 成 を 示 す 。

図 2.2.13 空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 構 成 (出 典 ： 三 菱 重 工HP )

空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 の 特 徴 は 次 の と お り で あ る 。

① 発 電 効 率 の 向 上 に よ るCO2排 出 量 の 削 減

表 2.2.3 に 三 菱 重 工(株)に よ る 空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 主 要 使 用 を 示 す 。

表 2.2.3 空 気 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 プ ラ ン ト の 熱 効 率 (出 典 ： 三 菱 重 工HP)

固 体 で あ る 石 炭 を ガ ス 化 し ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 を 行 う の で 、 従 来 の 石 炭 火 力 の 発 電 効 率 約45～46% (LHV基 準 送 電 端 、HHV基 準 約42〜43%) に 対 し て 商 用 のA-IGCCで は48〜50%

の 発 電 効 率 の 達 成 が 期 待 さ れ て お り 、効 率 向 上 に よ り CO2 排 出 量 は 石 油 火 力 と ほ ぼ 同 等 の レ ベ ル に 低 減 さ れ る 。

② 使 用 炭 種 の 拡 大

最 も 豊 富 な 化 石 燃 料 資 源 が 石 炭 で あ り 、 従 来 の 石 炭 火 力 発 電 方 式 で は 利 用 が 困 難 な 灰 融 点 の 低 い 石 炭 に も 適 用 で き 利 用 炭 種 の 拡 大 が 可 能 で あ る 。

③ 大 気 環 境 保 全 へ の 貢 献

高 効 率 発 電 に よ り 、 発 電 電 力 量 （kWh） あ た り の SOx、NOx、 ば い じ ん の 排 出 量 が 低 減 す る 。

④ ス ラ グ の 利 用

従 来 型 石 炭 火 力 で は 多 量 の 石 炭 灰 が 発 生 す る が 、IGCC で は ガ ラ ス 状 の ス ラ グ と し て 排 出 さ れ る た め 容 積 が ほ ぼ 半 減 し 、 セ メ ン ト の 原 材 料 や 路 盤 材 等 と し て 利 用 で き る 。

⑤ 温 排 水 の 低 減

IGCC は ガ ス タ ー ビ ン を 用 い た 複 合 発 電 で あ り 従 来 の 石 炭 火 力 に 比 較 し て 温 排 水 量 は 約 3 割 で あ る 。

⑥ 水 使 用 量 の 低 減

従 来 の 石 炭 火 力 の 排 煙 脱 硫 装 置 は 、 ば い 煙 処 理 を 行 う の で 多 量 の 用 水 が 必 要 で あ る が 、 IGCC は 燃 焼 前 処 理 を 行 う の で 用 水 使 用 量 を 大 幅 に 低 減 で き る 。

技 術 開 発 状 況

空 気 吹 き IGCCの 実 例 は 世 界 に 殆 ど な い こ と か ら 長 期 に わ た る 研 究 開 発 を 経 て 、 250MW 級 実 証 機(株)の 建 設 ・ 実 証 試 験 が 行 わ れ た 。 ク リ ー ン パ ワ ー 研 究 所 は 平 成 16年 に そ の 建 設 に 着 工 、 平 成 18年 度 に 建 設 完 了 、 平 成 19年 度 か ら 運 転 試 験 を 開 始 し 、 平 成 20 年 3月 に 定 格 出 力 を 達 成 し 、2000 時 間 の 連 続 運 転 を 9 月17日 に 終 了 し 、 電 力 需 要 の 高 い 夏 場 3ヶ 月 間 を 連 続 運 転 で き る 信 頼 性 が 実 証 さ れ 、A-IGCCが 商 用 化 に 向 け 前 進 し た 。

(6) 酸 素 吹 き 石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電 (O-IGCC: Oxygen-Blown Integrated Coal Gasification Combined Cycle)

酸 素 吹 き 石 炭 ガ ス 化 ガ ス は 、酸 素 製 造 装 置 (ASU：Air Separating Unit) を 必 要 と し そ の 消 費 動 力 は 少 な く な い が 、 石 炭 ガ ス 化 ガ ス の 発 熱 量 が 高 く 燃 料 電 池 発 電 や 水 素 製 造 へ の 適 用 性 が 高 く 、CO2 分 離 が 容 易 で あ り CCSへ の 適 性 の 優 れ る こ と が 注 目 さ れ 、米 国 で はU.S.

DOE の 次 期 石 炭 火 力 発 電 の 実 証 機 開 発 “FutureGen” プ ロ ジ ェ ク ト に 採 用 さ れ る 計 画 で あ る 。 我 が 国 で は 電 源 開 発 (株) に よ り “ 多 目 的 石 炭 ガ ス 製 造 技 術 (EAGLE：Coal Energy Application for Gas Liquid & Electricity) プ ロ ジ ェ ク ト と し て 技 術 開 発 が 進 め ら れ て い る 。 EAGLE プ ロ ジ ェ ク ト は 、 石 炭 を 酸 素 吹 き ガ ス 化 炉 で ガ ス 化 し ガ ス タ ー ビ ン 複 合 発 電 (O-IGCC：Oxygen-blown Integrated Coal Gasification Combined Cycle） お よ び 燃 料 電 池 複 合 発 電 (IGFC：Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle) 等 の 高 効 率 複 合 発 電 に 適 用 す る こ と に よ り 、 従 来 の 微 粉 炭 火 力 に 比 べ て 発 電 効 率 の 大 幅 向 上 に よ る 、 単 位 発 電 量 当 り の CO2排 出 量 を 低 減 す る こ と を 目 的 と し て い る 。

特 に IGFC は 究 極 の 60％ 程 度 の 高 発 電 効 率 が 得 ら れ る 究 極 の 石 炭 利 用 発 電 技 術 に な る こ と が 期 待 さ れ ､既 存 微 粉 炭 火 力 に 比 べ CO2排 出 量 を 約 30％ 低 減 で き る こ と が 予 想 さ れ て い る 。 図 2.2.14は 電 源 開 発(株)の 多 目 的 石 炭 ガ ス 製 造 技 術 （EAGLE） パ イ ロ ッ ト 試 験 プ ラ ン ト を 示 す 。