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【熱機関】コージェネレーションとコンバインドサイクルの違いは?

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大規模な工場では、自家発電設備を保有し、燃料から電気と蒸気を取り出すコージェネレーションシステムが構築されています。

今回は、電気と蒸気を取り出すコージェネレーションとコンバインドサイクルの違いについて書いてみたいと思います。

コージェネレーションとは?

コージェネレーションはガスタービンやガスエンジンを利用して発電した後、大量に出る排熱で蒸気や温水を作り出すシステムです。

ガスタービンを用いた場合は排熱ボイラーと組み合わせて蒸気を発生させ、ガスエンジンを用いた場合は熱交換器で温水を作り出すのが一般的です。

蒸気を燃料で発生させ、電気を電力会社から購入する場合に比べエネルギーコストが安くなります。

これは、送電してくる際にロスが生じたり、発電所の運営コストが電気料金に上乗せされていることが要因です。

また、日本ではインフラが安定しているためあまりありませんが、海外では定期的な停電が当たり前です。そのため、これらのシステムは停電の際の補助電源としても利用されます。

コージェネレーションを導入する事で、コストを安く抑えるためには発生する蒸気や温水を使い切れるかどうかが重要になります。電気と蒸気をすべて使い切り、足りないものは燃料ボイラーや買電で補うと言うものが一般的です。

ガスタービンの排熱ボイラーから発生する多量の蒸気や電気をすべて使い切る大規模な工場で利用されています。

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コンバインドサイクルとは?

コージェネレーションに対し、排熱ボイラーで発生した高圧の蒸気で蒸気タービンを回し蒸気からも電力を取り出すシステムをコンバインドサイクルと呼びます。

コンバインドサイクルを導入する場合も、ガスタービンの排熱ボイラーで蒸気タービンを回せるだけの多量の蒸気が必要です。

また、蒸気タービンから出てきた低圧蒸気もすべて使い切る必要があるためコンバインドサイクルが有効になる工場も大規模なものに限られます。

ガスタービンも蒸気タービンも導入やメンテナンスにかなりのコストがかかるので、それを加味した上で投資回収年度を検討してやる必要があります。

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コージェネレーションが有効になる場合

コージェネレーションやコンバインドサイクルが有効になるのは次の条件がどの程度満たされるかが決め手になります。

  • 連続稼働時間が長い
  • 蒸気や温水を使い切れる大規模工場
  • ガス燃料の価格が安い
  • 買電価格が高い
  • メンテコストを吸収できる
  • 補助金が活用できる

連続稼働時間が長い

ガスタービンやガスエンジンは立ち上げ時に多くのエネルギーを使用するため、発停が多ければ多いほど効率が悪くなります。

また、機械は停止後の再スタートが最も壊れやすくメンテコストの増加にもつながります。そのため、このような大型の機械はいかに連続稼働させるかが重要になります。

連続稼働時間が長いことがコージェネレーションの導入には必須の条件になります。

蒸気や温水を使いきれる

発電を終えた排ガスは多量のエネルギーを保有しており、それが大量の蒸気や温水として出てきます。

燃料のエネルギーをしっかりと使い切らないとエネルギー効率が著しく低下するのでコージェネレーションではこれらのエネルギーをすべて使いきれるかどうかが重要になります。

多量の蒸気や温水を有効に活用できる大規模な工場のみ検討できるということになります。

ガス燃料の価格が安い

ガスタービンやガスエンジンはLNGやLPGを利用するので、ガス燃料の価格がそのままコストとして影響してきます。

ガス燃料の価格は日々変動しているのでガス燃料の価格が安い時はコージェネレーションの導入が進みやすいタイミングであると言えます。

買電価格が高い

逆に電気料金が高くなれば高くなるほど自家発電のメリットが出てきます。原子力発電所の停止などがあれば燃料代がかさみ、電気料金が高くなるのでコージェネレーションの導入が進みました。

電気が高くてガスが安い場合が最もメリットが出やすいと言えます。

メンテコストを吸収できる

タービンやエンジンは設置するための初期費用だけではなく、定期点検や部品交換などのメンテナンスコストが発生します。

メンテナンスコストがどの程度かかるかを見極めたうえで投資採算について考える必要があります。

補助金が活用できる

コージェネレーションなどの環境対策に関わる機器には補助金が適応される場合があります。補助金が下りれば、その分初期コストが低下するので投資採算には乗りやすくなります。

経済産業省などのホームページをチェックしながら補助金の有無について確認しておきましょう。

まとめ

  • コージェネレーションは電気を発生させ排熱で蒸気や温水を発生させる
  • コンバインドサイクルは電気を発生させ廃熱で蒸気と電気を発生させる
  • 大規模工場で条件がそろえば投資採算に乗る

コージェネレーションとコンバインドサイクルは名前が似ていますが、少し定義が違います。

文章の穴埋めで聞かれる場合があるのでしっかり押さえておきましょう。

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エコおじい

プラントエンジニアです。2017年から工業技術に関する情報をまとめて発信しています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

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