次世代エネルギ−の展望
グリーンウッド事務所
青木一三
EMGマ−ケティング
2014/7/8
Rev. 2015/6/20
一次・二次エネルギーとその用途
石油
天然ガス
石炭
ウラン
植物
水力・風力・
波力・海流
ガソリン・軽油
都市ガス
LPG
CNG
バイオ燃料
電力
水素燃料
従来車・HV
PHV
NGV
EV
FCV
一般消費者
産業
1次エネルギー
2次エネルギー
用途
オフグリッドFC
航空機
鉄道
NH3
重油
船舶
PV+battery
化学原料
製鉄
太陽光・熱
地熱
熱
コークス
PPS
有限
再生可能
世界の一次エネルギー消費のトレンド
•
近年の石炭の伸びは顕著
•
原子力はピークを過ぎた
•
再生可能エネルギーはこれから
第二次石油危機
京都プ
ロ
ト
コ
ル
第一次石油危機
リー
マ
ン
シ
ョ
ッ
ク
ハワイ島マウナロア火山で観測された二酸化炭素
•
これは化石燃料の燃焼によるものと解釈され、人為的温暖化説のきっかけとなった
•
化石燃料から排出される60億トンの約半分が大気中に溜まっている計算。海水の循環・混合がよけれ
ば炭酸イオンとして溶けてしまうため人類は化石燃料を幾らもしても良い
•
1990年以降一のスローダウンは石炭の一時的スローダウンのため？1997年の京都プロトコルは？
•
しかし1973年と1980年の石油危機の影響がみられないのは不思議
•
逆に二酸化炭素の放出をとめても自然現象で炭酸ガスは増える可能性あり
第二次石油危機
京都プ
ロ
ト
コ
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第一次石油危機
リー
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電源別発電電力量の構成比率
ＢＰ統計•
石炭を使わず原油生焚きを未だ使っている日本は国際競争力に劣る
•
原子力を失った日本は天然ガスで代替
•
中国の二酸化炭素排出量は世界一
•
日本がクソ真面目に京都プロトコルに忠実だったころ、米国はこれを批准しなかった
IEA 2013
化石燃料資源埋蔵量
ＩＥＡ 2013マーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラム
•
ピークオイル現象はベルギーの数学者Pierre Verhulstによって1838年に考案された赤色のロジス
ティック関数の微分曲線（青色のベル型）でうまく表現できる
•
1970年、テキサス油田の枯渇を整理してできたハーバート曲線とも呼ぶ。Kは資源量、rは成長率
•
国際応用システム解析研究所のマーケイティとナキシェノビッチが1979年に世界の一次エネルギーの
世代交代をロジスティック関数のｆを log(f/(1-f))に置き換えて、裾野が直線になる山形曲線（萌木色）
でうまく表現できることを示した。これをマ-ケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムという。
‐2.5 ‐2 ‐1.5 ‐1 ‐0.5 0 0.5 1 1.5 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 year f=df/dt=r*N*(1‐F) F=N/K log(f/(1‐f))(3.000) (2.500) (2.000) (1.500) (1.000) (0.500) 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 time
oil wood coal natural gas nuclear hydraulic bio wind/sol renewables 0.99 0.97 f 0.91 0.76 0.50 0.24 0.09 0.03 log(f/(1-f)) 0.01 0.003 0.001 Greenwood Office 2009 • マーケイティ・ナキシェノビッチの1980年までの実績値はそのままにしてその後を同じ手法で予測してみた • 石油や他のエネルギーのシェアの成長率rは4.7%とした • IEAを参考にして2000年の分率 fを石油0.35、天然ガス0.21、原子力0.067、水力0.023、バイオ0.098 、風力/太陽 0.007、残りは石炭が埋めるとした • 石油のシェア・ピークは2005年でf=0.3、天然ガスのシェア・ピークは2040年でf=0.3、原発のシェア・ピークは2040年で f=0.1 • マーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムと比較してみると、原子力は予想程伸びず、太陽光が予想より早く伸 び、核融合は無くなり、石炭がカムバック。ただしシェールガスのピークがもっとずれ込めば石炭のカムバックは減る • 再生可能エネルギーがマジョリティーになる今世紀末以降は、蓄電、物質に変換しての貯蔵・輸送が必用になる • 岩石が枯渇したから石器時代が終わったのではないのと同じく資源量・埋蔵量と関係なく、エネルギーの世代交代は エネルギー変換技術革新の結果生じる競合するエネルギーの相対コストの変化と利便性によってきまる
改訂マーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラム
国内石油製品需要動向と予測
• 人口減、省エネの影響で石油製品全体の需要は減り、産業構造変化で重油の需要が減り石油化学の原料となるナ フサも減少傾向。ガソリン、灯油、ディーセル油はそれでも安定していたが、ハイブリッド車の普及で漸減方向。各社 は赤字基調となっている • 製油能力は2-3割過剰である。2010年のエネルギー供給構造高度化法案で2013年以降重質油分解装置のトッパー 比を13%以上に引き上げることを義務付け、2014年には経産省は10%の能力削減を要求。これは農水省が行った米 の生産制限、養殖漁業の生産枠と同じに見える。各社は合併・経営統合してトッパーを停止し高度比率向上を図って いる • 日石は室蘭を停止。出光は兵庫と徳山を停止。新潟の帝石トッピング頸城工場は閉鎖した。東燃ゼネラルは三井石 油と千葉県市原市の極東石油を吸収合併し、アブダビ資本のコスモ石油千葉製油所を統合運営して過剰施設を廃 棄する。同じ千葉にある出光や富士石油はどうするか？ • 川崎市の東燃ゼネラル浮島工場は日石根岸に次ぐ規模を維持、昭シェルの委託精製部門の東亜石油の扇町工場 は閉鎖したが京浜精製工場をどうする？三重県四日市市のコスモ石油は日石と業務提携、昭シェル四日市製油所 はどうする？堺市の東燃ゼネラルとコスモ石油はどうする？残るペトロブラス傘下の沖縄の南西石油はシンガポール 企業に売却交渉中？ • 安く売るしかない重油、ペトロ・コークスはそのまま発電して電力として自由化した電力マーケットで売る • 資源会社に進出？？？石油精製の構造
BTG or IGCC power • 脱硫には水素が必用としても重質油を水 素化分解して白油化すれば水添のため に高価な水素が必用。その水素源として 比較的安価な有機ケミカルハイドライド 経由の水素を使う • Metal richや高窒素含有や超Waxy残渣 油は水素化に触媒が使えない。またFCC Slurryは高価な水素をつかって重質油分 解して白油化するより、コーカーで白油 化するほうが低コスト。このとき石油コー クスが副産する • 石炭火力がある以上、石油コークス火力 発電があっておかしくない • この石油コークスを製鉄業やセメント窯 業の燃料として使ってもらう • あるいは石油コークスや価格の低い重 油を粉炭吹き燃焼ないし流動床燃焼させ る排煙脱硫装置付きBTG発電、IGCC発 電して①PPS：Power Producer and Supplier特定規模電気事業者として自由 化された電力市場で一般消費者に売電 するか、②電力取引所経由負荷追従発 電を行う一時間前市場やリアルタイム市 場（バランシング市場）に入札して売る。 ③再生可能エネルギー発電業者と契約 してその負荷追従電力として売る • アップストリームの資源開発は？？ wiki hydrogenwiki
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IGCC: Integrated Gassification Combined Cycle
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ガス化剤には空気または酸素が使われる
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原料としては石炭、劣悪重油、 Cokerで白油化するとき副産するペトロ・コークス
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ペトロコークスのガス化発電は1,999年頃、EXXONがIGCCを川崎に建設することを検討したが、当時は電力
が自由化されておらず、実現に至らなかった
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重質金属・灰分はスラグとして取り出される
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1,500℃級ガスタービンを使えば酸素分離装置の内部消費を差し引いての発電効率48%となる。
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ちなみに通常のBTG方式の石炭火力の42%を上回る
ガス化コンバインドサイクル発電（IGCC）
電力自由化と再生可能エネルギー対応グリッド
pumped storage Coal & LNG thermal power nuclear Power wind firm home PV 500kV 100±6V or 200±6V 140-270kV geothermal Kyusyu Shikoku Kansai grid hydraulic 60-20kV Cycle converter DC transmission line
7yen/kWh @load factor 20% 2yen/kWh @load factor 80% transmission cost 2.25yen/kWh home PV off grid home electronics battery 6kV Transmission cost 4.24yen/kWh Shuttle and Regasification Vessel wind firm
Hokkaido
Tohoku
Mega Solar Smart meter MDMS HES RefineryLRT
SVR
SVC
BTG IGCC fuel oil & coke GTCC 直前市場 バランシング市場（負荷追従、 デマンド・レスポンス） 電力取引所 •2015年に全国規模で電力需給を調整する「広域系統運用機関」の設立、16年に電力小売りの全面自由化、18∼20年に 発送電分離。送配電事業者に地域独占をみとめ、その部分については供給義務やユニバーサルサービスの原則を適用 •商品価値の低い重油や石油コークスを燃す火力電力を電力取引所経由で直前市場、バランシング市場で売る •風力資源が豊富な北海道や東北の広域から直流送電で集めて平準化し、これにメガソーラーを加え、地熱、シャトル LNG、商品価値の低い重油や石油コークスを燃す火力などの負荷調整電力をつなぎ、スマートメーターで小売りする •電気事業法第26条では100Vの場合±6V、200Vの場合±20Vを逸脱するとPVをカットすることになっている。対策として 100Vラインを200Vにあげる、6kVラインを太くする。または変圧器１次側の巻数をかえる事ができる負荷時タップ切り替え 変圧器LRT;Lord Ration control Transformer、ステップ式自動電圧調整器SVR:Step Voltage Regulator、サイリスタ素子を 使った静止型無効電力補償装置SVC:Static Var Compensatorを装備し、配電線電圧を常時モニターして必要に応じ開閉 器、LRT、SVR、SVCを遠隔自動操作してPVを最大限発電させるように制御するPipeline From Russia
