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次世代石炭火力を2020年代に実現、研究開発が最終フェーズに

6/2(金) 9:10配信

スマートジャパン

 従来より高効率かつ環境負荷の低い次世代火力発電システムの実用化が近づきつつある。新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は、次世代石炭火力の1つである「先進超々臨界圧火力発電」の実用化に向けて、高温蒸気に耐えられるニッケル(Ni)基合金の信頼性向上を目的とした技術開発に着手すると発表した。

 石炭火力では「超々臨界圧(USC:Ultra Super Critical)」が現時点における最高効率の技術として既に実用化されている。このUSCの性能を上回る次世代石炭火力として、最も実用化に近づいているのが先進超々臨界圧火力発電(A-USC:Advanced-USC)だ。

 実用化されているUSCは、粉末状の石炭をボイラーで微粉炭を燃焼させ、その熱を利用して水高温・高圧の水蒸気を作り、蒸気タービンを回転させて発電する仕組みだ。標準システムでは600℃、圧力25MPa(メガパスカル)程度の水蒸気と、2基の蒸気タービンを用いている。

 A-USCはこのUSCの構造をベースとしている。ただ、利用する水蒸気の温度を700℃、圧力は35MPaまで高め、蒸気タービンの数は3基に増やす。これによりUSCでは40%程度の発電効率が46~48%まで高められる見込みだ。発電効率が上がれば、CO2排出量も少なくなる。

 A-USCでは現在のUSCより100℃以上高温の水蒸気を利用するため、それに応じた耐久性を持つ機器や材料が必要になる。今回のNEDOのプロジェクトでは、2017~2020年度の4年間で約6.4億円を投じ、A-USCに適用できるNi基材料の技術開発や耐久性の検証を行う。

 開発するNi基材料の適用先はボイラー熱交換部、配管および蒸気タービンなどを想定している。高温環境下での長期使用を想定した耐久性試験や、高温箇所へNi基材料を適用するため異材溶接部の健全性評価なども実施する。事業の委託先は、東芝、IHI、新日鐵住金、電力中央研究所、電設備技術検査協会、富士電機、三菱日立パワーシステムズだ。

A-USCの市場投入は2020年代に

 A-USCの技術開発プロジェクトは、ボイラーやタービンのメーカーを中心に構成する「A-USC開発推進委員会」が進めてきた。2016年度までに基本的な要素技術の開発と、実証試験による性能検証を実施している。今回のNEDOのNi基合金に関する技術開発プロジェクトはこの延長上にある。高温環境下における材料の長期信頼性の検証はA-USCの実用化に向けて非常に重要なポイントであり、いよいよ実用化に向けた最終フェーズに入ったといえる。

 現在の石炭火力発電所はほとんど全てがボイラーと蒸気タービンを組み合わせた汽力発電技術を採用している。A-USCもその一種であるため、実用化する場合は煙突や貯炭設備など既設発電所の設備の一部を流用できるメリットがある。

 2020年度以降、国内では古くなった石炭火力の改修需要が高まる見込みだ。NEDOではこれを見据え、2020年をめどに発電効率46%を達成できるA-USCの技術開発や検証を完了させたい考え。ただ、大型の発電設備を更新する場合、環境影響評価手続きや建設工事、試運転を含めて5年程度の時間を要する。そのため、A-USCを採用した石炭火力発電所が運転を開始するのは、早くても2020年代の中頃となる見込みだ。