石炭火力発電の位置付け 2

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こうしろうほうねん
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1 NEDO FORUM テクニカルセッション TS-6 CO 2 分離回収技術の現状と展望石炭からの CO 2 分離回収技術 ~ EAGLE プロジェクトでの取り組みと将来展望 ~ 2015 年 2 月 13 日電源開発株式会社技術開発部長大塚哲夫 1

2 石炭火力発電の位置付け 2

3 発電方式毎のメリットデメリット個々の発電方式のメリットデメリットを考慮し極力メリットを活かすべく長期的安定的経済的クリーンに電力を供給できるようバランスのとれた電源のミックスを図ってきている電源構成に関する議論が行われる際はメリットだけに着目するのではなく想定されるデメリットも同時に認識しておく必要がある発電方式供給の安定性経済性地球温暖化需要変動対応備考ピーク揚水調整池貯水池式水力急激な需要の変動に対応できる電源石油産出国が政情不安の国に偏在しているミドル電源天然ガス (LNG) 石炭世界的な需要の拡大による資源の奪い合いに注意が必要大規模立地パイプラインが必要 CO2 回収やガス化など低炭素化に向け取組中大規模分散立地が可能ベース原子力更なる安全性の確保のほか国民的合意形成が一層重要に電源地熱流込式水力化石燃料と比較して小規模再生可能エネルギー法の施行によって一層の普及が期待されている 3

主要国の電源別発電電力量の構成比 (2012 年 ) 世界の発電電力量の約 41% が石炭火力で最も大きな割合を占めている石炭火力の割合はエネルギー消費の大きい中国インド米国で高い再生可能エネルギーの導入が進むドイツにおいても約半分は石炭火力が占める日本では全発電電力量の 30% を石炭火力が供給 (2011 年は 27%) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

4 主要国の電源別発電電力量の構成比 (2012 年 ) 世界の発電電力量の約 41% が石炭火力で最も大きな割合を占めている石炭火力の割合はエネルギー消費の大きい中国インド米国で高い再生可能エネルギーの導入が進むドイツにおいても約半分は石炭火力が占める日本では全発電電力量の 30% を石炭火力が供給 (2011 年は 27%) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 日本 30% 18% 39% 2% 7% 4% ロシア 16% 3% 49% 17% 16% EU 29% 2% 18% 27% 10% 5% 6% 英国 40% 1% 28% 19% 2% 5% 5% 世界計 41% 5% 22% 11% 16% 2% ドイツ 46% 1% 12% 16% 4% 8% 8% デンマーク 34% 1% 14% 17% 33% 米国 38% 1% 30% 19% 7% 2% 3% インド中国 72% 76% 2% 0% 8% 2% 2% 3% 17% 11% 2% 石炭石油ガス原子力水力バイオ + 廃棄物風力その他再生可能出典 ) IEA World Energy Outlook2014, ドイツとデンマークは IEA Electricity Information

5 世界の発電と CO2 排出の見通し IEA WEO2014 現行政策シナリオ世界の発電電力量の4 割以上を石炭火力が担い安定供給上今後も重要な位置づけ世界のCO 2 排出量の約 3 割が石炭火力からの排出であり今後も増加傾向世界のCO 2 排出量の削減には地球規模での石炭火力からの排出削減が鍵石炭火力が世界の発電電力量に占める割合 2012 年 2040 年石炭火力からの CO 2 排出量が世界の総排出量に占める割合 2012 年 2040 年 30% 35% 発電電力量 (TWh) 45,000 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 その他再生可能風力バイオ+ 廃棄物水力原子力ガス石油石炭 11,825 石世界の発電電力量 28,489 22,721 41% 40% 36,253 世界のCO2 排出量 44,003 50,000 45,950 総 CO2 排出量 40,848 発電 ( ガス ) 40,000 35,523 発電 ( 石油 ) CO2 排出量 (Mt-CO2) 発電 ( 石炭 ) 31,615 30,000 20,938 20,000 炭石10,000 炭5, 出典 ) IEA World Energy Outlook 2014 の現行政策シナリオ 2014 年央時点で公式に採用されている政策を考慮したシナリオ 5

6 今後の石炭利用高効率発電の技術開発更なる効率向上 CO 2 削減を目指して次世代技術 (A-USC, 石炭ガス化等 ) による更なる高効率化で世界トップ維持を目指す長期的には CCS(CO 2 回収貯留 ) との組合せによりゼロエミッション石炭火力を目指す高経年火力最新鋭火力次世代技術石炭ガス化亜臨界 : 熱効率 36% 蒸気温度約 560 度 USC: 熱効率 41% 蒸気温度約 600 度 IGCC: 熱効率 46-48% (2020 年以降実用化 ) IGFC: 熱効率 55% 以上 (2030 年以降実用化 ) FC Boiler ST Boiler ST Gasifier GT ST Gasifier GT ST CO 2 排出 13% 25% CO 2 排出 17%( ) ( ) 磯子火力リプレースによる実績値 AUSC: Advanced USC IGCC : Integrated Coal Gasification Combined Cycle IGFC : Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle ST: 蒸気タービン GT: ガスタービン FC: 燃料電池 CO 2 排出 11% AUSC: 熱効率 46% 蒸気温度約 700 度 (2020 年以降実用化 ) Boiler ST 微粉炭火力 6

石炭ガス化技術と CO 2 回収技術の取り組み石炭ガス化発電石炭ガス化発電酸素吹 (IGFC/ 多目的 ) 実施機関 :Jパワー/NEDO 石炭処理量 : 150t/ 日試験期間 :2001 年度 ~2014 年度 J パワー若松研究所 EAGLE 試験装置石炭ガス化発電実施機関 :11 電力 + 電中研空気吹 (IGCC) 石炭処理量 : 1,700t/ 日 (250MW)

7 石炭ガス化技術と CO 2 回収技術の取り組み石炭ガス化発電石炭ガス化発電酸素吹 (IGFC/ 多目的 ) 実施機関 :Jパワー/NEDO 石炭処理量 : 150t/ 日試験期間 :2001 年度 ~2014 年度 J パワー若松研究所 EAGLE 試験装置石炭ガス化発電実施機関 :11 電力 + 電中研空気吹 (IGCC) 石炭処理量 : 1,700t/ 日 (250MW) 試験期間 :2007 年度 ~2010 年度 CCP 研究所勿来発電所石炭ガス化発電燃焼前回収法微粉炭火力発電燃焼前回収法実施機関 :Jパワー/NEDO 処理ガス量 : 1,000Nm 3 /h 回収 CO 2 量 : 20 t-co2/ 日程度試験期間 :2008 年度 ~2014 年度 Jパワー若松研究所 EAGLE 試験装置 Jパワー若松研究所 EAGLE 試験装置 CO 2 回収微粉炭火力発電酸素燃焼法実施機関 : 日本 (Jパワー IHI 三井物産)/ 豪州試験規模 : 30MW 規模回収 CO 2 量 : 70 t-co2/ 日試験期間 : 2011 年度 ~2014 年度 ( 予定 ) 豪州カライド発電所豪州カライド発電所微粉炭火力発電燃焼後回収法実施機関 :Jパワー/ 三菱重工処理ガス量 : 1,750Nm 3 /h 回収 CO 2 量 : 10 t-co 2 / 日試験期間 :2007 年度 ~2008 年度 J パワー松島火力化学吸収法試験装置 7

8 NEDO 補助事業 EAGLE プロジェクト酸素吹きガス化技術開発 EAGLE: Coal Energy Application for Gas, Liquid and Electricity 8

9 EAGLE ガス化炉概念図上段バーナ酸素 CO2 CO H2 上段 : 酸素供給量少石炭チャーチャー + CO 2 + H 2 O CO + H 2 石炭 H2O CO2 下段 : 酸素供給量多石炭 + O 2 CO 2 + H 2 O 下段バーナ低炉内温度高上下段の酸素比をコントロールすることで高効率ガス化スラグ安定流下排出を可能とする 9

10 EAGLE 設備全容 10

11 150ton/day EAGLE パイロットプラントシステムフロー石炭ガス化設備ガス精製設備精密脱硫器ガス化炉熱回収ボイラ石炭 S 回収吸収塔フィルタ GGH 第一水洗塔 COS 転化器第二水洗塔吸収塔再生塔石膏スラグチャーサワーシフト CO 2 回収設備 ( 物理吸収法 ) N2 O2 N2 スイートシフト CO 2 回収設備 ( 化学吸収法 ) 燃焼炉熱回収ボイラ空気空気圧縮機精留塔空気 Comp GT G 生成ガス燃焼炉空気分離設備ガスタービン設備煙突 11

12 EAGLE プロジェクト実績年度事前検討設計建設試験 [Step-1] [Step-2] [Step-3] Step 1 ( ) - 酸素吹き噴流床ガス化炉の開発 - 燃料電池用ガス精製技術の確立スィートシフト触媒 / 化学吸収 CO 2 分離回収設備設置サワーシフト触媒 / 物理吸収 CO 2 分離回収設備設置 Step 2 ( ) - CO 2 分離回収 ( 化学吸収法 ) 試験 - 高灰溶融点炭ガス化適用可能性試験 Step 3 ( ) - CO 2 分離回収 ( 物理吸収法化学吸収法 ) 試験 12

13 物理吸収法 / 化学吸収法の特徴物理吸収法 : CO2 が物理的に吸収液に溶解するため CO2 吸収量は CO2 分圧に依存する化学吸収法 : CO2 とアミンが化学的に結合するため CO2 吸収量はアミン量に依存する物理吸収法高圧プロセス向け物理吸収法気相液相 CO2 CO2(aq) Selexol Selexol CO2 CO2(aq) Selexol CO2 Selexol CO2(aq) 液相中の CO2(aq) は気相の CO2 濃度に比例して溶存する CO2 分圧に比例して吸収量が増加 CO2 吸収量化学吸収法化学吸収法は CO2 吸収量がアミン量により限界に達する化学吸収法気相 CO2 CO2 CO2 液相 CO2(aq) CO2 分圧 (MPa) 低 ~ 中圧プロセス向け +H2O HOCOOH( 炭酸 ) +Amine [Amine] + [ 炭酸 ] - 高圧プロセスでは物理吸収法が有利液相中でアミンと CO2 は弱いイオン結合を形成吸収可能な CO2 量はアミンのモル数が上限 13

14 EAGLE における CO 2 分離回収システムフロー水洗塔化学吸収法 H 2, N 2 AC GT G 石炭ガス化炉 CO, H 2, N 2 S 吸収塔 steam CO 2 吸収塔 CO 2 シフト反応器再生塔脱硫後の生成ガスをシフト反応させる物理吸収法 steam 圧縮機シフト反応器 CO 2 吸収塔 H 2 S 吸収塔 H 2, N 2 フラッシュドラム CO 2 H 2 S 再生塔脱硫前の生成ガスをシフト反応させるシフト反応 : CO + H 2 O CO 2 + H 2 14

15 EAGLE 試験結果に基づく CO 2 回収型 IGCC システム検討結果検討条件発電出力 : 370MW ガスタービン : 1,500 級蒸気タービン蒸気条件 : 558/558 CO 2 回収率 : 90% Case 送電端効率 (HHV%) 効率低下 (%) 備考 IGCC (CO 2 回収なし ) 45.6 Base IGCC+CO 2 回収 ( 化学吸収法 ) 加熱フラッシュ再生方式適用 IGCC+CO 2 回収 ( 物理吸収法 ) DOE 試算 1 Shell IGCC 発電コストが約 1.4 倍に増加 CO 2 分離回収により発電コストが大きく上昇 (DOE/NETL 試算結果より ) EAGLE 試験結果から CO 2 分離回収による効率低下幅を抑制できた更なるコスト削減及び効率低下抑制が重要な課題であり次世代技術として固体吸着剤や膜分離技術の開発が進められている 1 出典 : Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants Vol.1, Revision 2a, September 2013, DOE/NETL-2010/

16 EAGLE プロジェクト成果の活用における将来展望 16

17 EAGLE ガス化炉のスケールアップ Rendering OCG 実証試験プラント (1,180t/d / 2016~ / 大崎 ) EAGLE パイロットプラント (150t/d / 2002~2013 / 若松 ) HYCOL パイロットプラント (50t/d / 1991~1993 / 袖ヶ浦 ) プロセス開発ユニット (0.5t/d / 1981~1985 / 勝田 ) 17

石炭ガス化燃料電池複合発電実証事業 ( 大崎クールジェン ) 事業の内容高効率かつ CO 2 分離回収が容易な酸素吹石炭ガス化技術 ( 酸素吹 IGCC) を確立するまた将来の酸素吹ガス化により得られる水素による燃料電池と組み合わせたトリプルコンバインドの発電技術 (IGFC) を見越した実証を行う 1 技術的特徴 IGFC 送電端効率 55%( 現状 USC 41%)

18 石炭ガス化燃料電池複合発電実証事業 ( 大崎クールジェン ) 事業の内容高効率かつ CO 2 分離回収が容易な酸素吹石炭ガス化技術 ( 酸素吹 IGCC) を確立するまた将来の酸素吹ガス化により得られる水素による燃料電池と組み合わせたトリプルコンバインドの発電技術 (IGFC) を見越した実証を行う 1 技術的特徴 IGFC 送電端効率 55%( 現状 USC 41%) ガス化し易い亜瀝青炭利用 ( 低品位炭利用 ) 酸素吹による CO 2 分離回収の容易性 (CO 2 削減 ) 酸素吹による水素利用 ( 燃料電池 ) 2 実施者 : 大崎クールジェン ( 電源開発中国電力 ) 3 期間 :2012 年度 ~2021 年度今後のスケジュール事業イメージ < 第 1 段階 > 石炭ガス化複合発電 (IGCC) < 第 3 段階 > 燃料電池組込み空気空気分離装置 H2 酸素ガス化炉完成予想図可燃性ガス H 2 CO 等 CO H 2 シフト反応器蒸気タービンガスタービン廃熱回収ボイラ H 2 CO2 H2 CO H 2 H 2 CO 2 回収分離燃焼器空気圧縮機発電機 CO 2 輸送貯留へ CO2 煙突 CO2 回収技術 < 第 2 段階 > 年度第 1 段階酸素吹 IGCC 実証酸素吹 IGCC 詳細設計建設実証試験ガス精製設備石炭ガス化設備既設排水処理設備第 2 段階 CO2 分離回収型 IGCC 実証適用技術評価概念設計 CO2 分離回収詳細設計建設実証試験 CO2 輸送貯留試験第 3 段階 CO2 分離回収型 IGFC 実証技術調査概念設計 CO2 回収一体型 IGCC/IGFC 詳細設計建設第 1 2 段階の技術評価概念設計調査は NEDO 事業として実施第 1 段階は経済産業省補助事業として実施実証試験 CO 2 分離回収設備新設排水処理設備空気分離設備複合発電設備実施場所 : 広島県豊田郡大崎上島町 18

19 酸素吹石炭ガス化技術の多様性酸素吹石炭ガス化技術は IGFC に至る高効率発電技術石油代替の合成燃料製造水素製造効率的な CO 2 分離回収など多様な用途に展開できる EAGLE プロジェクトでの酸素吹き石炭ガス化技術の開発および CO 2 分離回収の低エネルギー化の成果により各生産システムで経済性の向上が期待できる石炭酸素石炭ガス化炉空気分離装置 Gas Clean Up シフト反応器シフト反応 :CO + H 2 O CO 2 + H 2 FC AC GT 合成燃料製造 HRSG H2 ST 高効率発電 IGCC IGFC 合成燃料 GTL DME 等水素製造 (H2) 触媒 CO 2 分離技術の種類化学吸収法物理吸収法膜分離法等 CO 2 分離 CO2 帯水層炭層 EOR,EGR CO2 貯留 19

20 ポリジェネレーションシステム石炭ガス化により発生する合成ガス ( シンガス ) からコンバインドサイクルによる発電と化学原料製造を並列で行う石炭ガス製造発電発電用ガス精製石炭ガス発電設備電気蒸気石炭ガス化炉化学製品製造ケミカル用ガス精製石炭ガスメタノール合成 / FT 合成化学製品変換エチレン等化学製品 CO 2 ポリジェネレーションシステム例 20

21 水素エネルギーチェーン構想資源国 ( オーストラリア ) 未利用資源 ( 褐炭 ) から低コストな水素製造利用国 ( 日本 ) プロセス利用半導体製造太陽電池製造石油精製脱硫等褐炭ガス化水素精製 CCS H 2 CO 2 液化積荷液化水素輸送船液化水素ローリー C JAXA 液化水素貯蔵タンク発電所コンバインドサイクル発電所等エネルギー機器水素ガスエンジン水素ガスタービン燃料電池等輸送用機器水素ステーション燃料電池自動車等水素製造水素輸送貯蔵水素利用 21

22 ご清聴ありがとうございました EAGLEプロジェクトは独立行政法人新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO) 殿との共同研究資源エネルギー庁補助事業として実施したものです 22 22

1. 火力発電技術開発の全体像 2. LNG 火力発電 1.1 LNG 火力発電の高効率化の全体像 1.2 主なLNG 火力発電の高効率化技術開発 3. 石炭火力発電 2.1 石炭火力発電の高効率化の全体像 2.2 主な石炭火力発電の高効率化の技術開発 4. その他の更なる高効率化に向けた技術開発

次世代火力発電協議会 ( 第 1 回会合 ) 資料 2-1 火力発電技術 ( 石炭ガス ) の技術開発の現状国立研究開発法人新エネルギー産業技術総合開発機構平成 27 年 6 月 1. 火力発電技術開発の全体像 2. LNG 火力発電 1.1 LNG 火力発電の高効率化の全体像 1.2 主なLNG 火力発電の高効率化技術開発 3. 石炭火力発電 2.1 石炭火力発電の高効率化の全体像 2.2