ボイラー

【ボイラー】バイオマス発電って何?メリット、デメリットや発電効率は?

間伐材や資源ごみなどのバイオマス燃料を使用して発電を行うことをバイオマス発電と言います。この記事では、バイオマス発電とは何か?について解説しています。

こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらをご覧ください。

バイオマス発電とは?

バイオマス発電はバイオマス燃料を使用して発電を行う事を言います。使用する燃料によって木質バイオマス発電などと言われることもあります。

木材以外にも廃棄物を発酵させて出るバイオガスや資源ごみを燃料として再生させたものを使用した場合もバイオマス発電と呼ばれます。

従来の化石燃料による発電に対し、二酸化炭素の排出を抑えられる、環境にやさしいという点で近年日本でも導入が進められています。

バイオマスボイラや燃料についてはこちらの記事をご覧ください。

【ボイラー】バイオマスボイラとは?どんな燃料で蒸気を発生させるの?

バイオマス燃料を燃焼させて、蒸気を発生させる機器を「バイオマスボイラ」といいます。 近年、化石燃料の ...

続きを見る

バイオマス発電に関する動画がいくつかあったので載せておきます。

バイオマス発電の種類

バイオマス発電には大きく分けて、木質燃料を使用した蒸気タービンによる発電とバイオガスによるガスタービン、ガスエンジンの発電があります。

蒸気タービン発電

蒸気タービン発電は、バイオマスボイラで発生させた高温高圧の蒸気でタービンを回転させ、発電する仕組みです。

蒸気タービンから排出される蒸気は、復水器によって凝縮させる場合と背圧タービンなどを用いて工場でのプロセス蒸気として利用する場合があります。発電を行う機構としては最も一般的でシンプルなものになります。

熱として利用する場合は、蒸気が過熱蒸気となっているため、減温して飽和に戻すなどの機構が必要になります。

【蒸気】めちゃくちゃ単純!過熱蒸気の過熱度とは?

蒸気には飽和蒸気よりも温度の高い過熱蒸気というものがあります。過熱蒸気は飽和蒸気と違い圧力によって温 ...

続きを見る

蒸気タービンは、蒸気の圧力が低下すると膨張するという性質を利用して複数枚のインペラを回転させます。蒸気タービンによる発電の仕組みは次の記事や動画が分かりやすいかと思います。

【熱機関】ランキンサイクルとは?pv、hs線図や効率を解説

ランキンサイクルはクラウジウスサイクルとも呼ばれ、発電所などで蒸気を使用し、燃料エネルギーから電気を ...

続きを見る

ガスタービン発電

ガスタービン発電は、バイオガスを燃焼させた後、燃焼ガスでガスタービンを回転させて発電を行う仕組みです。一般的なLPGを利用したガスタービン発電と同様で機構はジェットエンジンと同じです。

ガスタービンから出てきた排ガスは、廃熱ボイラなどを利用して蒸気や高温水を発生させ熱利用を行うのが一般的です。この、ガスから電気と蒸気、温水を取り出す仕組みをコージェネレーションシステムと言います。

【熱機関】コージェネレーションを導入するメリット、検討条件は?

大型の工場では、事業継続性などの観点でコージェネレーションを導入する事業者も増えています。 コージェ ...

続きを見る

また、さらに発生した蒸気で蒸気タービンを回し、コンバインドサイクルにする場合もあります。

【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?

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 ...

続きを見る

ガスタービンの仕組みについては次の記事と動画が分かりやすいので参考にしてください。

【ブレイトンサイクル】ガスタービンやジェットエンジンの理論サイクル

ブレイトンサイクルは、ガスタービンやジェットエンジンで利用される熱サイクルです。燃料を燃やして発生す ...

続きを見る

ガスエンジン発電

ガスタービンよりも小型の発電設備になると、ガスエンジンも利用されます。

ガスエンジンもガスタービンと同様に冷却水として大量の温水が出てきます。ガスタービンやガスエンジンを利用して発電を行う場合は、発生する排熱をいかに有効に利用できるかが全体の効率を決める鍵となります。

バイオマス発電のメリット・デメリット

バイオマス発電のメリット、デメリットをまとめると次のようになります。

バイオマス発電のメリット

ランニングコストが安い

バイオマスボイラの燃料は、化石燃料に比べると価格が抑えられるため、ランニングコストを安く抑えることが可能です。

また、バイオマス燃料は政治的な要素が少なく、化石燃料ほどの価格変動がないため安定した運転を続けることができます。

国の補助金が受けられる

バイオマス発電設備を導入する場合には、国の補助金が受けられる可能性があります。

日本では二酸化炭素排出量の削減目標を公約として掲げており、バイオマスなどの再生可能エネルギーはそれらに大きく寄与できます。

国の予算計画をみても、農林水産省、総務省、文科省、経産省、環境省などが再生可能エネルギーの補助金に関する予算を出しています。

⇒ 【参考】木質バイオマスに関連する国の支援策(外部リンク)

二酸化炭素の排出を抑えられる

木質バイオマス燃料を利用すれば、木の成長過程で吸収する二酸化炭素と燃焼により排出する二酸化炭素が釣り合うカーボンニュートラルとなるので、化石燃料に比べ温暖化への影響を抑えることができます。

環境に考慮した経営を行うことは企業のCSR(社会的責任)的にもイメージアップにつながるため積極的にバイオマスを導入する企業もあります。

世界情勢の影響を受けにくい

化石燃料は中東諸国の政治的な要素によって大きく価格が変動します。

バイオマス燃料の場合は地産地消の場合が多く、世界情勢の影響を受けにくいという特徴があります。

このため、将来の投資計画などの見通しが立てやすくなります。

バイオマス発電のデメリット

灰の処理が必要

バイオガス以外のバイオマス燃料を利用した場合、燃焼後の灰の処理が必要になります。

古来、灰は肥料として利用されていましたが、現在ではその量も年間数万トンと多く自然では吸収できません。また、環境にとって有害な重金属を含む可能性もあります。

そのため、灰は産業廃棄物として埋め立て地に送られているのが現状です。産業廃棄物となれば、それを処理する費用も高額になるため、ランニングコストを上昇させる原因になります。

⇒ 【参考】木質燃焼灰は産業廃棄物か(外部リンク)

イニシャルコストが高い

バイオマスボイラは欧州などに比べ、日本での販売数が少ないため、設備を導入する際のコストが高くなります。

バイオマスボイラを導入する場合は、設置個所、配管経路などを十分に考慮し、設備費を可能な限り抑えることが重要です。

また、技術的にも化石燃料の発電プラントに比べると乏しいというのも課題の一つになります。

出力調整が難しい

バイオマスボイラは化石燃料と比べ出力の調整が苦手で、常に一定の出力以上で燃焼を続ける必要があります。

化石燃料の場合は、燃料の噴霧量を調整することで蒸発量を制御できますが、バイオマスボイラの場合はどうしても燃焼が成り行きになってしまうからです。

そのため、熱としても利用する場合は負荷のピークで選定するのではなく、連続運転できる領域で選定し、化石燃料と組み合わせながら負荷変動を吸収させる必要があります。

バイオマス発電の効率

バイオマス発電の効率は、投入した燃料の発熱量からどれだけ電気が取り出せたかによって決まります。

バイオマス発電の効率は大型設備の10~20MWの設備で約25~30%と言われています。これは、天然ガスを利用した最新鋭プラントの約60%や大型火力発電所の約40%と比較すると非常に小さい値と言えます。

ただ、これらは発電に特化した場合の話で、熱利用を行うコージェネレーションシステムを活用した場合は話が変わります。

仮に、廃熱をすべて有効に利用できたとすると全体の効率は60~80%程度まで向上し十分競争できるようになります。

つまり、バイオマス発電事業で化石燃料と戦うには、いかに燃料を安く抑え、熱を使い切るかが重要になります。

このことから、バイオマス発電は多量の木質廃棄物を出し、熱を多く使う製紙会社などでいち早く導入されています。また、最近では地方の山林を利用した事業としても注目を集めています。

まとめ

  • バイオマス発電はバイオマス燃料を用いて発電を行う事。
  • バイオマス発電には蒸気タービン発電とガスタービン、エンジン発電がある。
  • バイオマス発電で効率を上げるには熱を上手く使い切ることが重要。

バイオマス関連の技術は今後、日本でもますます導入が進められていくと思われます。

ただ、いろいろと制約条件もあるので、どう無駄のないプラントを作りこんでいくかが重要になりそうです。

バイオマス燃料やバイオマス発電に関してもっと知りたいという方は次の2冊がおすすめです。

バイオマスに特化して詳しく解説してあるので2冊購入しておけばバイオマスに関して分からないことはなくなります。

ボイラー

2022/10/20

【ボイラー】主灰と飛灰の違いとは?

ボイラーや焼却炉などで投入物が燃えた後に出てくる灰は、大きく分けて主灰(しゅばい)と飛灰(ひばい)があります。 この記事では主灰と飛灰の違いについて解説します。 主灰と飛灰の違い 主灰:焼却炉の炉底に落下した灰でボトムアッシュ(bottom ash)とも呼ばれる。 飛灰:風に飛ばされて集塵機などで採取される灰でフライアッシュ(fly ash)とも呼ばれる。 主灰と飛灰の違いを図で表すと次のようになります。 ごみ焼却施設のボイラーを例にとると、主灰はゴミが燃え切った後に最後に底から出てくる灰で、ごみ中に含ま ...

ReadMore

ボイラー

2022/9/2

【ボイラー】空気予熱器とは。目的や方式について解説

ボイラー効率を向上させる機器の一つに空気予熱器があります。 今回は空気予熱器とは何かについて解説したいと思います。こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらも合わせてご覧ください。 空気予熱器とは 空気予熱器はボイラーに送る燃焼用の空気を加熱する熱交換器のことを言います。 似たような役割をする機器にエコノマイザがありますが、エコノマイザはボイラー給水と排ガスを熱交換させるのに対して、空気予熱器は燃焼用の空気との熱交換を行います。 熱源はエコノマイザと同様に排ガスの事もあれば、プ ...

ReadMore

ボイラー

2022/9/2

【ボイラー】連続ブローはなぜ必要?缶底ブローとは何が違う?

ボイラーの運転動作の一つに連続ブローというものがあります。普段、ボイラーを扱う方にとっては当たり前のことですが、初めて見た方は何のために連続ブローを行っているのか分からないこともあるかと思います。 今回は、ボイラーの連続ブローとは何か、また缶底ブローとの違いについて解説したいと思います。 連続ブローとは 連続ブローとは、ボイラー缶水で不純物が濃縮するのを防止するために缶水の一部を連続的に外部に排出することを言います。一般的には電磁弁や電動弁などの自動弁を一定周期ごとに開閉させることでブロー量を制御していま ...

ReadMore

ボイラー

2022/9/3

【ボイラー】脱気器とは何か?原理や設置上の注意点について

高圧の蒸気を発生させるボイラーを使用する場合、必ずと言っていいほど脱気器がついています。 今回は、脱気器とは何か?について解説したいと思います。 脱気器とは 脱気器はデアレーター(Dearator)とも呼ばれ、給水中に存在する酸素や二酸化炭素などの気体を除去するための装置です。 薬品を添加して脱気を行う機器も脱気器と呼びますが、大型の場合は蒸気で加熱することで脱気を行う場合が多いです。脱気を行わずにボイラーに給水を行うと、水中の溶存酸素によりボイラー本体や配管の腐食が進み、機器の寿命を著しく縮めてしまいま ...

ReadMore

ボイラー

2022/9/3

【ボイラー】スートブロワって何?その役割は?

ボイラーの運転ではしばしば、スートブロワによって灰を除去する煤吹き作業を行います。スートブロワが上手く作動しないとボイラーの水管や過熱管の寿命に大きな悪影響を与えます。 今回はスートブロワとは何なのか、スートブロワの目的や注意点について解説したいと思います。 スートブロワとは? スートブロワは煤吹きというボイラーに定期的に行うメンテナンスを行う装置です。 ボイラーの蒸発管や過熱器、エコノマイザー(節炭器)などの燃料や排ガスを使う熱交換器では伝熱面に煤や塵が付着します。通常はこれらを定期的に蒸気や圧縮空気を ...

ReadMore







  • この記事を書いた人

エコおじい

プラントエンジニアです。工業技術をどこよりも分かりやすく解説するをテーマに2017年からブログ、Youtubeで情報発信をしています。現在、5つのブログを運営中。毎月収益レポートを公開しています。是非、Twitterのフォローお願いします。



技術系資格取得を目指す方必見!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。モチベーションを維持しながら最短で資格取得を目指すなら通信講座を利用するのもおすすめです。

超シンプルで分かりやすいSAT『エネルギー管理士』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

最短で電験取得を目指すならSAT『第三種電気主任技術者講座』

イメージしにくい交流回路についても多様なイラストと解説動画で詳しく解説してくれます。独学ではなかなか勉強が進まないという方に特におすすめの講座です。電気について詳しく学べるので実務で電気を使うという方には最適な教材です。※無料サンプルあります!

技術系資格の最高峰SAT『技術士合格講座』

論文添削やZOOMマンツーマン指導が付いており、面接対策もWeb上で行うことが出来ます。また、テキストは毎年改定されているので常に最新の教材で勉強することが出来ます。

おすすめ講座

1

エネルギー管理士資格はもちろん独学でも取得できますが、ある程度の前知識がないと分厚い参考書を前に挫折 ...

2

2022年8月にSATのエネルギー管理士電気分野が公開されました。 早速教材内容や講義内容についてレ ...

3

電験三種は合格率が10%未満の大変難しい資格です。また、範囲が非常に広いので普段の業務で電気を扱わな ...

-ボイラー
-

© 2023 エネ管.com Powered by AFFINGER5