コンバインドサイクル発電
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コンバインドサイクル発電（コンバインドサイクルはつでん、英: combined cycle）は、内燃力発電の排熱で汽力発電を行う複合発電である。内燃機関としては主にガスタービンエンジンが使用される。
[編集] 特徴
コンバインドサイクル発電には、次のような特徴がある。
- 始動時間が短い
- ガスタービンエンジンの特徴として、同じ出力の蒸気タービンよりも始動時間が短い。
- 熱効率が高い。
- ガスタービンの排気から熱を回収し、2重に発電を行うため、熱効率が高い。
- 冷却水量・温排水量が少ない。
- 熱効率が上昇する分、廃棄される熱エネルギーも少なくなる。
発電効率
| 発電方式 |
温度条件 (℃) |
発電端発熱量基準熱効率 (%) |
備考 |
| 高位 |
低位 |
| 排熱回収式コンバインドサイクル |
1100 |
43 |
50 |
|
| 1300 |
50 |
55 |
再熱サイクル蒸気タービン。改良型コンバインドサイクル発電、通称ACC(More Advanced Combined Cycle)。 |
| 1400 |
51 |
57 |
蒸気冷却式燃焼器 再熱サイクル蒸気タービン |
| 1500 |
53 |
60 |
蒸気冷却式燃焼器 再熱サイクル蒸気タービン。通称MACC(More Advanced Combined Cycle)。 |
| 1600 |
|
61 |
蒸気冷却式燃焼器 再熱サイクル蒸気タービン。通称MACCII(More Advanced Combined Cycle II)。 |
| 1700 |
60 |
|
水素燃料 蒸気冷却式燃焼器 再熱再生サイクル蒸気タービン |
| 汽力発電（参考） |
600 |
40 |
43 |
再熱再生サイクル蒸気タービン |
[編集] 温度条件別採用例
- 1,100℃級CC
- 1,300℃級ACC
- 東京電力 富津火力発電所:3号系列（152万kW）
- 中部電力 川越火力発電所:3号系列、4号系列（170.1万kW）
- 九州電力 新大分発電所:2号系列（87万kW）、3号系列（73.5万kW）
- 1,400℃級ACC
- 1,500℃級MACC
- 1,600℃級MACCII
- 東京電力 川崎火力発電所:2号系列2軸、3軸（71万kW × 2） ※建設中
- 関西電力 姫路第二発電所:1～6号機（48.65万kW × 6） ※建設中
[編集] 構成要素
- ガスタービン
- 都市ガス、天然ガス、軽油等を燃料として動力を得る。
- 空気圧縮機
- ガスタービンへ供給する圧縮空気を作る。
- 減速機
- ガスタービンの動力を発電機に適した回転数に減速する。
- （事業用発電所では減速機を用いずガスタービンエンジンと発電機を直結する場合が多い）
- 発電機
- ガスタービンと蒸気タービンを動力として発電を行う。
- 排熱回収ボイラ (HRSG)
- ガスタービンからの高温排気を取り入れ、蒸気を発生するボイラ。
- 蒸気タービン
- 蒸気から動力を取り出す。
- 復水器
- 蒸気タービンから排出された蒸気を冷却し、水に戻す。
[編集] 系統構成
コンバインドサイクル発電の構成と特徴
| 構成 |
概要 |
熱効率 |
単独運転 |
整備 |
備考 |
| 定格負荷 |
部分負荷 |
ガスタービン |
蒸気タービン |
| 排熱回収 |
一軸型 |
それぞれの構成要素を1台ずつ1つの軸に直結したユニットを並列設置 |
2 |
1 |
可 |
不可 |
1つの系統（軸）ごとに行うことができる。 |
ピークロード用 |
| 多軸型 |
ガスタービンによる発電部、排熱回収ボイラー、蒸気タービンによる発電部を適宜組み合わせる。（例えばガスタービン発電部2台+排熱回収ボイラー1台+蒸気タービン発電部各1台のように、蒸気タービンよりもガスタービン系の方が多い場合が通例である） |
1 |
2 |
1つの機器の停止が全体の停止につながる。 |
ベースロード用 |
| 排気助燃 |
排熱回収ボイラへの配管の途中のバーナーで助燃を行う |
4 |
3 |
|
蒸気タービンの出力分担を大きくすることで出力あたりの建設費を低減できる。 |
| 排気再燃 |
ガスタービン排気をボイラーの燃焼用空気として利用 |
3 |
4 |
可 |
押込み通風機を別置で可 |
ガスタービン単独が可 |
既存の汽力発電所の出力増強 |
| 給水加熱 |
ガスタービン排気で蒸気タービンの給水を加熱 |
5 |
5 |
可 |
不可 |
| 過給ボイラ |
圧縮機からの空気でボイラを加圧燃焼させ、その排気の圧力でガスタービンを回してその排熱でボイラ給水を加熱 |
|
|
可 |
不可 |
|
固体燃料の利用が容易 |
[編集] 系統構成別採用例
- 排熱回収一軸型
- 日本では多くのコンバインドサイクル発電所でを採用。
- 排熱回収多軸型
- 排気再燃型
[編集] 石炭ガス化複合発電 (IGCC)
燃料のガス化とコンバインドサイクル発電を組み合わせた発電形式を石炭ガス化複合発電 (IGCCen:Integrated Gasification Combined Cycle) と呼ぶ。低質な石炭や重質油、廃棄物などは硫黄や塩素、重金属を含むことがあり、そのまま燃焼させて発電を行うとその環境負荷物質が大気中に排出されて問題となる。ガス化複合発電では、燃料をガス化したときにそれらの不純物を除去することができ、そうして生成したクリーンなガスを用いて発電を行うことで、環境負荷物質の少ない発電を行うことができる。また、従来の方式に比べて二酸化炭素排出量を削減することができ、石炭を燃料とした発電で石油発電並の二酸化炭素排出量を達成することができる。
[編集] 実証機
[編集] 加圧流動床複合発電 (PFBC)
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回して発電するとともに、ボイラーの排ガスによりガスタービンを回して発電する方式を加圧流動床複合発電 (PFBC：Pressurized Fluidized Bed Combustion) と呼ぶ。加圧流動床複合発電方式は、コンバインド発電方式のため、高い発電効率を得ることができ、さらにガスタービン空気圧縮機を使用することで大型補機が不要となり、所内動力が低減されるため、従来型の微粉炭発電に比べ、送電端効率は約2%高くなる。さらに、燃料を加圧下で燃焼させるため、ボイラーを小型化できるほか、ボイラー内部で硫黄酸化物を除去する炉内脱硫方式により、排煙脱硫装置が不要となることなどから、発電所をコンパクトにつくることができる。
[編集] 営業運転機
- 中国電力 大崎発電所:1-1号系列（25万kW） ※2011年10月休止
- 九州電力 苅田発電所:新1号機（36万kW）
- 北海道電力 苫東厚真発電所:3号機（8.5万kW） ※2005年10月廃止
- 同発電所4号機（35万kW）、5号機（35万kW）は計画が見直され、4号機は出力を倍増させ通常の汽力発電方式に変更、5号機は計画中止となった。
- 黒鉛炉・溶融塩炉・液体金属炉を1000度近辺で操業して、ヘリウムで冷却し、ヘリウムをガスタービンで膨張・温度低下させたあと、廃熱ボイラで冷却して、原子炉に戻す。基本的にガスタービン複合発電であり、原子力発電の熱効率30％から50％に向上させる
- また、もともとは製鉄・化学工業熱源に原子力を使う目的で1970年代に開発が始まったものであり、高温ヘリウムガスを昼は複合発電、夜は水素製造・エチレン製造・原子力石炭液化などに振り向けることによって、「原子力の昼夜出力調整」を可能とする機能も含んでいる
- 当該方面研究は1970-1980年代は米独が先行し、1990-2000年に日本がトップランナーで高温ガス炉研究炉の操業に成功したが、折からの財政難で日本での30万kw実証炉建設がストップしている間に、中国が実証炉建設に着手している。
- また加速器駆動未臨界炉の超高温操業によって、超長半減期廃棄物の焼却熱で、複合発電や水素製造や石炭液化を行うことが提唱されている
- IGCCと超高温原子炉によって、石炭と原子力もガスタービン複合発電の時代に足を踏み入れつつある
[編集] 歴史
[編集] 脚注
[編集] 参考文献
[編集] 関連項目
[編集] 外部リンク
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