国内の一次エネルギー供給推移 (22) 水力 4.2% (49) 原子力 9.4% 天然ガス 10.1% (53) 石炭 16.6% (87) (1) 地熱 0.1% (7) 新エネルキ ー等 (*1) 1.3% 石油 58.3% (307) 水力 (77) 3.6% 原子力 13.0% 天然ガス

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1 1. 日本のエネルギー事情 2. 省エネルギー技術に関する技術開発動向 3. 燃焼に関する研究開発動向 4. 微小重力下燃焼技術の研究開発経緯 国内外における関連プロジェクトの動向 5. 本プロジェクトの効果 希薄予蒸発予混合 (Lean Pre-evaporized Premixed) 燃焼器の開発 燃料多様化 (LCO+ ナフサ ) ガスタービンコンバインドサイクル発電 (1)LCO の生産 (2) 発電事情 (3)IPP 新設による効果 5-2 燃焼基盤技術の確立による効果 他分野への波及効果 1

2 国内の一次エネルギー供給推移 (22) 水力 4.2% (49) 原子力 9.4% 天然ガス 10.1% (53) 石炭 16.6% (87) (1) 地熱 0.1% (7) 新エネルキ ー等 (*1) 1.3% 石油 58.3% (307) 水力 (77) 3.6% 原子力 13.0% 天然ガス 12.7% (75) (21) 石炭 17.4% (103) (1) 地熱 0.2% (7) 新エネルキ ー等 (*1) 1.1% 石油 52.0% (308) (93) 原子力 15.0% 天然ガス 13.2% (82) (20) 水力 3.2% 石炭 21.9% (136) (1) 地熱 0.2% (10) 新エネルキ ー等 (*1) 1.6% 石油 45.0% (280) ( 原油換算百万 kl: 合計 526) 一次エネルキ ー供給推移 1990 年度 ( 原油換算百万 kl: 合計 593) 1999 年度 ( 原油換算百万 kl: 合計 622) 一次エネルキ ー見通し 2010 年度基準ケース ( 経済産業省総合資源エネルキ ー調査会総合部会 需給部会 今後のエネルキ ー政策について 平成 13 年 7 月 ) 2

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4 エネルギー技術開発の視点 ~ 総合資源エネルギー調査会答申 ~ 省エネルギー分野 技術的ブレークスルーによる大幅なエネルギー効率の改善 需要サイド ( 民生 運輸部門 ) から見た戦略的な開発 新エネルギー分野 新エネルギー機器 システムのコスト低減 利便性や性能面での向上を図るための技術開発の推進 石油 天然ガス分野 利用拡大を図るための新たな利用形態の推進 原子力分野 安全確保のために必要あるいは有用な研究開発の推進 等 4

5 現行省エネルギー対策及び今後の省エネルギー対策の概要 総合資源エネルキ ー調査会省エネルギー部会 部門 対策名 省エネ量 ( 原油換算 ) 現行対策 2,010 万 kl 経団連環境自主行動計画等に基づく措置 ( 両方の対策で ) 産 中堅工場等における省エネルギー対策 2,010 万 kl 業 新規対策 40 万 kl 高性能工業炉 ( 中小企業分 ) 40 万 kl 小計 2,050 万 kl 現行対策 1,400 万 kl トップランナー規制による機器効率の改善 540 万 kl 住宅 建築物の省エネ性能の向上 860 万 kl 新規対策 460 万 kl 民 石油 ガス機器等のトップランナー機器の拡大 120 万 kl 生 給湯分野における高効率機器の加速的普及 50 万 kl 待機時消費電力の削減 40 万 kl 家庭用ホームエネルキ ーマネシ メントシステム (HEMS) の普及 90 万 kl 業務用ヒ ルエネルキ ーマネシ メントシステム (BEMS) の普及 160 万 kl 小計 1,860 万 kl 現行対策 1,590 万 kl トップランナー規制による機器効率の改善 540 万 kl クリーンエネルギー自動車の普及促進 80 万 kl 運 交通システムにかかる省エネ対策 ( 注 ) 970 万 kl 輸 新規対策 100 万 kl トップランナー基準適合車の加速的導入 50 万 kl ハイブリッド自動車等車種の多様化等の推進 50 万 kl 小計 1,690 万 kl 技術開発 100 万 kl 高性能ボイラー ( 産業関連技術 ) 40 万 kl 分 高性能レーザー ( 産業関連技術 ) 10 万 kl 野 高効率照明 ( 民生関連技術 ) 50 万 kl 横 クリーンエネルキ ー自動車の高性能化 ( 運輸関連技術 ) 断 ( 注 ) ハイフ リット 自動車等車種の多様化等の推進の内数 計 小計 100 万 kl 現行対策 5,000 万 kl 新規対策 700 万 kl 燃焼関連の省エネルギー 合計 5,700 万 kl 250 万 kl 5

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11 原油の精製例 90 LPG 2(%) 原油 (%) 常 粗ナフサ 20(%) 改質 精製装置 圧 320 蒸 粗灯油 13(%) 脱硫装置 脱 留 塩 塔 粗軽質油 15(%) 脱硫装置 装置 重質経由 10(%) FCCガソリン20(%) 注 )FCC: 流動接触分解装置 脱硫装置 F 450 C LCO8(%) 減 C 蒸圧残留残渣 40(%) 圧 装 650 蒸 減圧軽油 25(%) 置 HCO7(%) 留塔 FCC 原料 35(%) ナフサ 5(%) ガソリン 35(%) 灯油 13(%) 軽油 15(%) 重油 18(%) 分解ガソリン2(%) 分解灯軽油 6(%) 減圧残留残渣 15(%) VR 13 重油基材 20(%) 800 コーカー原料 10(%) COKER 石油コークス 2(%) アスファルト精製装置 アスファルト 2(%) ( 環境事業団 HP) 計 100(%) 11

12 LCO(Light Cycle Oil) ナフサの生産量 * 国内の場合 LCO は約 8% ナフサは約 5% 生成する * 燃料油の年間生産量は 2 億 3,000 万 kl(1997) LCO の生産量は 1,840 万 kl/ 年程度 ナフサの生産量は 1,150 万 kl/ 年程度 * LCO A 重油等の粘度調整剤 重油使用量の減少 白灯油の生産増大 LCO 等増大 新たな用途 有効活用が求められている * ナフサ 需要変動による余剰傾向 ナフサ : エチレンの原料 エチレン国内生産量減少 新用途が求められている 12

13 原油蒸留油の性状 ヘビー熱分解ナフサナフサ LCO 軽油 灯油 発熱量 (MJ/kg) 密度 (15 ) セタン指数 CNO 引火点 ( ) 1.5 < 飽和分 (vol.%) 芳香族分 (vol.%) <0.1 少 不飽和分オレフィン分 < <0.1 (vol.%) C(wt.%) C11~ C9~15 H(wt.%) * LCO ナフサは消防法により 危険物の第 4 類危険物 ( 引火性液体 ) に指定ナフサは引火点が低いので 火災に注意が必要である * LCO は芳香族系および低沸点系を含み 安定燃焼させにくい燃料でもある * 蒸留後ナフサも低沸点系を含み 均一燃焼させにくい性質がある 13

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15 需要電力量 ( 百万 kwh) H8(1996) H9(1997) H10(1998) H11(1999) H12(2000) 一般電気事業者等 *1 770, , , , ,812 自家発等 卸電気事業者 18,091 18,096 17,611 17,941 18,103 特定電気事業者 特定規模電気事業者 106 自家発自家消費 109, , , , ,178 小計 122, , , , ,443 総需要 903, , , , ,256 *1 9 電力会社 + 住友共同火力出典 :( 社 ) 日本電気協会 電気事業の現状 2001 年版 資源エネルキ ー庁 電力需給の概要

16 製油所における IPP 電力会社 供給開始年度 卸供給事業者 発電所 契約最大電力 (kw) 燃料 発電方式 フ ラントメカー 東京電力 H.12 日石三菱石油精製 横浜製油所 48,500 分解軽油 ガスタービン三菱重工業 九州電力 H.11 九州石油 大分製油所 137,000 残渣油 汽力 日立製作所 東京電力 H15 東亜石油 川崎製油所 238,000 副生ガス 汽力 +GT 日立 / 千代田化工 東京電力 H15 日石三菱石油精製 根岸製油所 342,000 残渣油 汽力 +GT 三菱重工業 / 日揮 関西電力 H16 興亜石油麻里布製油所 132,300 残渣油 石油コークス 汽力 三菱重工業 中部電力 H16 出光興産 愛知製油所 225,570 残渣油 汽力 日立製作所 中部電力 H15 コスモ石油 四日市製油所 200,000 残渣油 汽力 三菱重工業 北海道電力 H16.10 日石三菱石油精製 室蘭製油所 50,000 残渣油 汽力 三菱重工業 北海道電力 H16.10 出光興産 北海道製油所 15,000 残渣油 汽力 1,388,370 国内計 IPP 契約最大電力実質 672 万 kw その内製油所立地 IPP 計 139 万 kw(20.5%) 国内計発電設備認可出力 : 24,245 万 kw(672 万 kwは2.8% に相当 ) 16

17 発電電力量の推移と見通し ( 電気事業者 ) ( 単位 : 億 kwh) 年度 2010 年度 1990 年度 1999 年度項目基準ケース 発電電力量 ( 電気事業者 ) 7,376 9,176 10,292 発電別区分 実数 構成比 % 実数 構成比 % 実数 構成比 % 火力 石炭 LNG 石油等 原子力 約 17 基の新設 水力 (100 万 kw/ 基 ) 一般 揚水 地熱 新エネルギー CO 2 排出原単位 (g-c/kwh) ( 総合資源エネルギー調査会資料 中央電力協議会 H14.3 月資料 ) 17

18 電気料金の内外価格格差 (1999 年 11 月 ) 電力の自由化への動き 東京 ニューヨーク ロンドン ベルリン パリ 電気料金 6,575 円 5,598 円 3,998 円 5,601 円 4,255 円 指数 注 ) 電気料金は 280kWh 使用時月額 1997 年 5 月内閣閣議決定 国際的に遜色のないコスト水準を目指す 今後 IPP の自由化 ( 月 ) 他 電力小売りビジネスの自由化が拡大する 電圧別需要家シェア (1998 年度 ) 電圧 需要規模 使用電力量 需要家シェア 需要家 特別高圧 20kV 以上 2,000kW 2,119 億 kwh 27% 大規模ビル 工場 高圧 6~20kV 50~2,000 2, 中小ビル 工場 低圧 100~200V 50kW 2, 家庭 商店 合計 7, 年 3 月の自由化対象は大規模ビル 工場 残りの 2/3 は今後の自由化の対象 (2003 年以降 ) 自家発電 :1,340 億 kwh を除く ( 中央三井信託銀行調査レポート 2001/6 No.14) 18

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20 ガスタービン コンバインド サイクル発電の燃料多様化 従来のボイラー焚き発電 ガスタービン コンバインドサイクル GTCC(Gas Turbine Combined Cycle) 20

21 ガスタービン コンバインドサイクル発電の進歩 1. 第 1 世代 (1984 年 12 月東北電力東新潟 3 号系列 ) タービン入り口 : ガス燃焼温度 1100 熱効率 : 43% 前後 2. 第 2 世代 ( この第 2 世代が主力 ) タービン入り口 : ガス燃焼温度 熱効率 : 48 50% ガスタービン コンバインドサイクル発電の効率 :48% 蒸気タービン発電の効率 40 発電の効率 3. 第 3 世代 (1999 年 東新潟火力発電所で世界初の 1450 運転を開始 50.6% の熱効率を達成 ) タービン入り口 : ガス燃焼温度 1450 熱効率 : 50 60% 21

22 経済性効果の試算 前提条件 1.IPP (Independent Power Producer) として第 2 世代ガスタービン コンバインドサイクル発電を採用する 蒸気タービン発電の熱効率 :40% ガスタービン コンバインドサイクル発電の熱効率 :48% 効率は約 8% 向上する 2.LCO ナフサの使用量 LCO の生産量は 1840 万 kl/ 年程度 LCO+ ナフサ ナフサの生産量は1150 万 kl/ 年程度 Max 万 kl/ 年 3. 発熱量 LCO:9980 kcal/kg 重油 :11040 kcal/kg LNG:13000 kcal/kg ナフサ :10500 kcal/kg 軽油 :11070kcal/kg 4. 発電機の稼動率 : 90% 22

23 発電量 (kw) 重油換算削減量 ( 万 kl) 発電量 ( 万 kw) 重油換算削減量 ( 万 kl/y) 重油発熱量 :9300kcal/L LCO+ ナフサ使用量 ( 万 kl/y) *LCO+ ナフサ使用量を 30~50 50% % と仮定すると 867 万 kl( 発電量 :516 万 kw)~ )~1445 万 kl(860 万 kw) * 発電効率向上による燃料使用減 : 70~115 万キロリットル / 年 製油企業のコメント :LCO 等の化学プラント派生油の過剰感は増えると思われ それらを使った高効率発電の実用化は考えられる 23

24 環境改善効果 LCO+ ナフサ使用量を 30~50% と仮定する (1) 発電効率の向上による CO 2 発生の低減 重油換算燃料減 70~115 万 KL/ 年 CO 2 削減量 : 185~305 万トン / 年 (2) NOx 発生の低減希薄予蒸発予混合 (LPP) 燃焼 拡散燃焼に比べ 排出 NOx は 1/3~1/4 低 NOx 燃焼技術の進歩 ( 中村良也 日本航空宇宙学会誌 48(552)25-30(2000)) (3) 灯油焚きガスタービン燃焼 200ppmNOx ボイラー 150 ~ 280ppmNox 24

25 課題 1. 燃料多様化ガスタービンの実用化までのステップ (1) 実機の作動条件の確立 低沸点物質を含有する燃料の使用方法 (2) 制御技術の確立 燃焼器全体での燃料切換えシステム等完成実機用大型ノズルの設計 (3) 信頼性 耐久性の確認 設備材料の選択 整備性の検討 2.LCO 需要の動向 (1) LCO の有効燃料化 ガスタービン コンバインドサイクル発電への適用 (2) LCO の軽油化 LCO の高度水素化精製技術の開発 (3) LCO の原料化 PET より高性能なポリエチレンナフタレート ( 高機能性ポリエステル系 ) 樹脂のの一部として使用中間原料 2,6-ヂメチルナフタレン (DMN) の原料 ExxonMobil KOBELCO DMN プロセス ( ベンチスケール実施中 ) 25

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30 他分野への波及効果 希薄予蒸発予混合燃焼器 (LPP) の応用例航空機ジェットエンジンの開発超音速航空機エンジンの開発 予蒸発 予混合燃焼器を 備えた環境調和型 ジェットエンジン予想図 ESPRプロジェクト LPP 燃焼器 1/16モデル実験装置低 NOx 燃焼技術の開発 (ESPR 技術組合 HP 掲載の図引用 )

31 2. 小型噴霧バーナ燃焼技術の応用例 * 民生用低 NOx(80ppm 以下 ) 省エネバーナ開発への応用 1. 高温空気予熱型低 NOx 灯油燃焼器の研究開発 2. 油焚き高性能小型ボイラの研究開発 3. 分解軽油留分が燃焼できる暖房給湯機用低 NOx バーナの開発 31

32 3. ススの生成抑制技術の応用例 (1) カーボンブラックの製造 製法 オイルファーネス法重質油の還元燃焼 ( 噴霧燃焼 ) (ex. クレオソート油 : 約 70 万 t/y) 形状 10nm~500nm 単球タイプ アグリゲートタイプの 2 次構造 効果 粒子径 アグリゲート構造の制御による新商品開発 カーボンブラックの製造プロセス カーボンブラックの写真 (20 万倍 : 粒子径約 30nm) ( カーボンブラック便覧 ) 32

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