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1 次世代 発電に係る技術ロードマップ 技術参考資料集 次世代 発電の早期実現に向けた協議会平成 28 年 6

2 発電効率 65% 60% 55% 50% 45% 40% 次世代 発電技術の 効率化 低炭素化の 通し 超 温ガスタービン複合発電 ガスタービン複合発電 (GTCC) カ スターヒ ンと蒸気ターヒ ンによる複合発電 発電効率 :52% 程度 CO2 排出 :340g/kWh IGCC( 空気吹実証 ) 超々臨界圧 (USC) 超 温 (1700 以上 ) カ スターヒ ンを利 したLNG の複合発電発電効率 :57% 程度 CO2 排出 :310g/kWh 程度技術確 :2020 年度頃 途 湿分空気利 ガスタービン (AHAT) 中 型基向けのシンク ルサイクルのLNG 技術 湿分の空気の利 で 型 GTCC 並の発電効率を達成 発電効率 :51% 程度 CO2 排出 :350g/kWh 技術確 :2017 年度頃 途 汽 式の微粉炭 発電効率 :40% 程度 CO2 排出 :820g/kWh 程度 1700 級 GTCC A-USC 先進超々臨界圧 (A-USC) ガスタービン燃料電池複合発電 (GTFC) CO 2 約 1 割減 1700 級 IGCC 温 圧蒸気タービンによる微粉炭 炭 発電効率 :46% 程度 CO2 排出 :710g/kWh 程度技術確 :2016 年度頃 途 GTCC に燃料電池を組み合わせたトリフ ルコンハ イント サイクル 式の発電発電効率 :63% 程度 CO2 排出 :280g/kW 程度 技術確 :2025 年度頃 途 CO 2 約 2 割減 GTFC CO 2 約 2 割減 CO 2 約 3 割減 IGFC 炭ガス化複合発電 (IGCC) 炭をガス化し カ スターヒ ンと蒸気タービンによるコンハ イント サイクル 式を利 した 炭 発電効率 :46 50% 程度 LNG 炭 炭ガス化燃料電池複合発電 (IGFC) CO2 排出 :650g/kWh 程度 (1700 級 ) 技術確 :2020 年度頃 途 IGCCに燃料電池を組み込んだトリフ ルコンハ イント サイクル 式の 炭 発電効率 :55% 程度 CO2 排出 :590g/kWh 程度 技術確 :2025 年度頃 途 図中の発電効率 排出原単位の 通しは 現時点で様々な仮定に基づき試算したもの 現在 2020 年度頃 写真 : 三菱重 業 ( 株 ) 常磐共同 ( 株 ) 三菱 パワーシステムズ ( 株 ) 崎クールジェン ( 株 ) 2030 年度 1

3 次世代の CO 2 回収関連技術の開発の 通し CO 2 分離 回収コスト CO 2 利 化学吸収法 アミン等の溶剤を いて化学的に CO 2 を吸収液に吸収させ分離する 法分離回収コスト :4200 円 /t-co 2 CO 2 貯留 回収した CO 2 を利 し 油代替燃料や化学原料などの有価物を 産する技術 微細藻由来バイオ燃料や 光合成 環境配慮型コンクリート等の技術を開発中 固体吸収法 アミン等を溶媒では無く固体と組み合わせることで 必要エネルギーを低減させ分離する 法 膜分離法 物理吸収法 CO 2 が選択的に透過する膜を いて分離する 法 低 分離回収した CO 2 を地中に貯留する技術 2020 年頃の CCS 技術の実 化を 指し 研究開発 実証試験を実施中 2012 年度より苫 牧において 年間約 10 万トン規模の CO 2 を分離回収 貯留する実証事業を開始 2016 年度より貯留開始 圧下で CO 2 を物理吸収液に吸収させて分離する 法分離回収コスト : 2000 円台 /t-co 2 途技術確 :2020 年度頃 途 クローズド IGCC 図中のコスト 通しは 現時点で様々な仮定に基づき試算したもの 現在 2020 年度頃 酸素燃料技術を IGCC 技術に応 CO 2 回収後も い発電効率を維持できる 2030 年度頃 2

4 発電技術 覧 1USC 発電技術技術概要 特徴技術確 ( 年度 ) ボイラで 温 圧の 蒸気を作り その蒸気でタービンを回転させて発電する 極めて信頼性が く 国内の 炭 の約半数が USC を採 している 送電端効率 (% HHV) CO 2 排出原単位 (G-CO 2 /kwh) 2A-USC 3AHAT 4GTCC (1700 級 ) 5IGCC (1700 級 ) 6GTFC 7IGFC 温 圧蒸気タービンによる微粉炭 発電 従来の USC システムの構成を変えることなく 発電効率の向上が期待できる 湿分空気を利 した 本オリジナルのガスタービン単独発電技術 中 容量機向けで 型 GTCC と同等以上の発電効率を達成 ガスタービンと蒸気タービンによるコンバインドサイクル発電技術 常に 効率であり 炭 に応 できるなど 技術展開 波及効果が きい 炭をガス化し ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせて発電するコンバインドサイクル発電技術 CO 2 分離回収が容易 GTCC に燃料電池を組み合わせたトリプルコンバインド式発電技術 ガス 発電技術の中で最も 効率で 幅広い出 幅に対応できる IGCC に燃料電池を組み合わせたトリプルコンバインド式発電技術 炭 発電技術の中で最も 効率で 幅広い出 幅に対応できる 新的 IGCC ( 蒸気噴流床ガス化 ) 蒸気を噴流床ガス化炉に添加する IGCC システムの応 技術 酸素 が低減され 冷ガス効率が向上する 蒸気ガス化 + 乾式精製 2030 効率酸素分離 クローズド IGCC (CO 2 回収型次世代 IGCC) 排ガス中の CO 2 を酸化剤としてガス化炉やガスタービンに循環させる CO 2 回収後も い発電効率を維持できる 2030 年度以降 42 CO 2 回収後 CO 2 回収 10 素発電 素をガスタービンやボイラで燃焼させて発電する技術 混焼 式と専焼 式があり 発電段階での CO 2 排出の削減効果が きく 素製造法によっては CO 2 フリー電源となり得る 混焼 GT 2020 年度以降専焼 GT 2030 年度以降 - CO 2 フリー 3

5 1USC( 超々臨界圧微粉炭 発電 ) 技術概要微粉炭を 炉内に噴出 燃焼し ボイラで 温 圧の 蒸気を作り その蒸気でタービンを回転させて発電する 式 特徴極めて信頼性の い 確 された技術として 国内の 炭 発電所の約 50%( 設備容量ベース ) 約 1,960 万 kw に採 されている 磯 発電所 ( 出典 ; 電源開発ホームページ ) 1995 年 CO 2 排出原単位 820 g-co 2 /kwh 程度 送電端効率 ( HHV) 40% 程度 コスト 25 万円 /kw 程度 ( 総合資源エネルギー調査会発電コスト検証 WG, ) ( 出典 ;JCOAL 本のクリーン コール テクノロジー (2007)) 4

6 2A-USC( 先進超々臨界圧 発電 ) 技術概要 USC の更なる 温化技術として 蒸気タービンの蒸気温度を 700 以上に めた 効率発電技術 特徴従来の微粉炭 発電システムの構成を殆ど変えることなく 発電効率 46%( 送電端効率 HHV) が期待できる 2016 年度頃 CO 2 排出原単位 710 g-co 2 /kwh 程度 35MPa, 温 径配管材料 ( 提供 ; 新 鐵住 株式会社 ) 送電端効率 ( HHV) 46% 程度 コスト 標従来機並みの発電単価 Boiler Steam Turbine ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 (A USC 開発推進委員会 )(2015.6)) 5

7 3AHAT( 湿分空気ガスタービン ) 技術概要 湿分空気を利 した 本オリジナルのガスタービン単独発電技術 コンバインドサイクルの蒸気タービン蒸気量に匹敵する湿分を増湿塔で燃焼器に加え ガスタービン排熱を再 熱交換器で回収し ガスタービンで利 する 特徴中 容量機 (10 万 kw 程度 ) 向けのガスタービン発電技術で コンバインドサイクルの効率を凌ぐことが可能 2017 年度頃 燃料 湿分空気 軸流タービン ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 (MHPS ほか )(2015.6)) 3 再 熱交換器 : 排熱回収 CO 2 排出原単位 350 g-co 2 /kwh 程度 圧縮機 燃焼器 タービン 送電端効率 ( HHV) 51% 程度 2 増湿塔 : 出 増 コスト 標従来機並みのイニシャルコスト 空気 1 噴霧器 : 圧縮機動 低減 ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 (MHPS ほか )(2015.6)) 6

8 4GTCC( ガスタービン複合発電 ) 技術概要天然ガスなどを原料にガスタービンで 回 の発電を い 次にその排熱を使って蒸気をつくり 蒸気タービンで 回 の発電をするコンバインド発電技術 特徴 型ガスタービンの 温化は 本が世界をリードしている 1600 級ガスタービンで世界最 の熱効率 55%(HHV) を達成し さらに 1700 級 ( 標熱効率 57%, HHV) の技術開発を実施中 炭 に応 できるなど 技術展開 波及効果が きい 2020 年度頃 (1700 級 ) CO 2 排出原単位 310 g-co 2 /kwh 程度 (1700 級 ) 送電端効率 ( HHV) 57% 程度 (1700 級 ) コスト 標量産後 従来機並みのイニシャルコスト (1700 級 ) ( 出典 ;NEDO の HP 実 化ドキュメント より ) 7

9 5IGCC( 炭ガス化複合発電 ) 技術概要 炭をガス化して ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電を う技術 特徴発電効率が A-USC 並以上に く 排ガス中の SOx NOx 煤塵などが LNG コンバインド発電並に少ない 低品位炭が利 でき CO 2 分離回収が容易なのも特徴 2020 年度頃 (1700 級 IGCC) CO 2 排出原単位 650 g-co 2 /kwh 程度 (1700 級 IGCC) 送電端効率 ( HHV) 46 50% 程度 コスト 標量産後 従来機並みの発電単価 ( 出典 ; 第 6 回東京 学エネルキ ー環境シンホ シ ウム MHPS 資料 ) 8

10 6GTFC( ガスタービン燃料電池複合発電 ) 技術概要 炭ガスや天然ガスを改質して 素を取り出して燃料電池で発電した後に 改質残ガスをガスタービンに供給して発電し さらに排熱を利 して蒸気タービンで発電するトリプル複合発電技術 特徴ガス 発電技術の中で最も 効率化が図れる また 幅広い出 幅に対しても 効率化が維持できる ( 出典 ; 第 3 回次世代 発電協議会資料 (MHPS)(2015.7)) 2025 年度頃 CO 2 排出原単位 280 g-co 2 /kwh 程度 送電端効率 ( HHV) 63% 程度 コスト 標量産後 従来機並みの発電単価 ( 出典 ; 第 3 回次世代 発電協議会資料 (MHPS)(2015.7)) 9

11 7IGFC( 炭ガス化燃料電池複合発電 ) 技術概要 炭をガス化し 燃料電池 ガスタービン 蒸気タービンの 3 種の発電形態を組み合わせてトリプル複合発電を う技術 特徴 炭 発電技術の中で最も 効率化が図れる また 幅広い出 幅に対しても 効率化が維持できる 崎クールジェン実証試験プラント ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 ( 電源開発 )(2015.6)) 2025 年度頃 CO 2 排出原単位 590 g-co 2 /kwh 程度 送電端効率 ( HHV) 55% 程度 コスト 標量産後 従来機並みの発電単価 ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 ( 電源開発 )(2015.6)) 10

12 8 新的 IGCC( 蒸気噴流床ガス化技術 ) 技術概要ガスタービンの排熱で作る 蒸気を 噴流床ガス化炉に添加する IGCC システムの応 技術 特徴噴流床ガス化炉に 蒸気をガス化剤として添加することで酸素 が低減され 冷ガス効率が向上する 技術確 込み 2030 年度頃 CO 2 排出原単位 込み 570 g-co 2 /kwh 程度 送電端効率 ( HHV) 込み 57% 程度 コストの 込み商 機の発電原価が USC と同等以下 ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 (NEDO)(2015.6)) 11

13 9 クローズド IGCC(CO2 回収型次世代 IGCC) 技術概要酸素燃料技術を IGCC 技術に応 排ガス中の CO 2 を酸化剤としてガス化炉やガスタービンに循環させ コンバインドサイクル発電を う 特徴循環 CO 2 によるガス化反応の促進と効率向上が図れる シフト反応器や CO 2 分離装置が不要であり CO 2 回収後も い発電効率を維持できる 技術確 込み 2030 年度以降 CO 2 排出原単位 込み CO 2 回収が前提 送電端効率 ( HHV) 込み 42% 程度 (CO 2 回収後 ) コストの 込み 1700 級ガスタービンを使 した IGCC の建設費 +15% 未満が 標 ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 (NEDO)(2015.6)) 12

14 10 素発電 技術概要 素をガスタービンやボイラで燃焼させて発電する技術 天然ガスなど他の燃料と燃焼する混焼 式と 素のみで燃焼する専焼 式がある 特徴発電段階では CO 2 を排出せず ( 専焼 式 ) 素製造法によっては CO 2 フリーの電源になる 500MW 級 素混焼試験設備 ( 出典 ;MHPS) 混焼 式 2020 年 専焼 式 2030 年 CO 2 排出原単位 CO 2 フリーが前提 送電端効率 (HHV) 1700 級 GTCC と同等かそれ以上 (MHPS) コストプラント引き渡し 素価格 30 円 /Nm 3 発電コスト 17 円 /kwh ( 素 燃料電池戦略ロードマップ, ) 素ガスタービン ( 出典 ; 川崎重 業 ) マルチクラスタ燃焼器 ( 出典 ;MHPS) 13

15 CO 2 分離回収技術 覧 分離回収技術技術概要種類と特徴 コスト ( 円 /t-co2) 技術確 ( 年度 ) 1 化学吸収法 CO 2 と液体との化学反応を利 して分離回収する 法 ポストコンバッション *1) にはアミン系吸収液などが プレコンバッション *2) には N- メチルジエタノールアミン (MDEA) をベースにした吸収液がすでに実 化されている 処理ガス中の CO 2 分圧が低い場合でも 較的多く CO 2 を吸収できる 4,200 円 ポストコンバッションの場合 技術確 済み 2 物理吸収法 CO 2 を液体中に溶解させて分離回収する 法 吸収能は液体に対する CO 2 の溶解度に依存する 物理吸収法は吸収能が溶解度に依存するため CO 2 分圧が いほど有利となり プレコンバッションに適する 冷メタノール吸収液やポリエチレングリコールジメチルエーテルなどの吸収液が開発されている 2,000 円台 固体吸収法 ( 固体ソルベント法 ) 固体吸収材 吸着材による CO 2 分離回収技術 多孔質担体にアミン吸収剤を含浸させたり CO 2 吸収能のある固体剤を吸着させたものや CO 2 吸収能をもつ固体粒 そのものを使 する 法がある 多孔質担体に含浸もしくは吸着させた吸収材を利 すれば 殆ど を使 しないことから 固体吸収材の再 エネルギーの低減が期待できる 固体吸収材には多孔質担体にアミン吸収液を含浸させたものや K 2 CO 3 などを吸着させたもの さらに CO 2 吸収能のある酸化カルシウム粒 を利 したものなど 種類は様々ある 2,000 円台 新設 炭 の燃焼後回収想定時試算値 膜分離法 分離機能を持つ固体の薄膜を利 し その透過選択性を利 して混合ガスの中から対象ガス (CO 2 ) を分離する 法 分離の駆動 は分圧差であるため プレコンバッション 式に適する ガス圧を利 することから 吸収法と 較して省エネ 低コストが期待できる 分離膜には H 2 透過膜と CO 2 透過膜の 2 種類ある 1,000 円台 IGCC の燃焼前回収 昇圧無し想定時試算値 クローズド IGCC (CO 2 回収型次世代 IGCC) 排ガス中の CO 2 を酸化剤としてガス化炉やガスタービンに循環させる IGCC システムの応 技術 酸素燃焼技術と同様に 排ガス中に N 2 を含まないため処理ガス量が少なく 排ガス中の CO 2 濃度が 95% 程度まで められるため CO 2 回収に有利なシステム CO 2 回収後も い発電効率を維持することができる 年度以降 *1) 燃焼後の排ガスから CO 2 を回収する 式 *2) 燃焼前の燃料から CO 2 を回収する 式 上表中のコスト試算は様々な仮定を基に われており 将来の分離回収コストを予断するものでは無い 14

16 ①化学吸収法 技術概要 ガス分 と液体中の反応成分との化学反応を利 して 成分分離させる 法 例えばアミン吸収液を利 した場合は ガス中のCO2分 がアミンと化学的に結合し CO2だけが分離される 特徴 ポストコンバッションとプレコンバッションの2 式がある 前者にはアミン系吸収液などがあり 化学 業プラントな どで実 化されている物もある 後者はN-メチルジエタ ノールアミン(MDEA)をベースにした吸収液が代表的で 既に実 化されている 化学吸収法は 処理ガス中の CO2分圧が低くても 較的多くのCO2が吸収できる特 徴を持つ 化学吸収法 CO2 CO2 気相 液相 CO2 CO2 (aq) +H2 O +Amine HOCOOH(炭酸) [Amine]+ [炭酸]- 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 (出典 第2回次世代 発電協議会資料(電源開発)(2015.6) 技術確 時期 技術確 済み CO2回収コスト 4,200 円/t-CO2 電源開発若松研究所の化学吸収法実証試験プラント (出典 電源開発資料 15

17 2 物理吸収法 技術概要ガス分 を液体中に溶解させることで成分分離する 法 吸収能 ( 分離能 ) は液体に対する対象ガス成分 ( ここでは CO 2 ) の溶解度に依存する 特徴物理吸収法は吸収能が溶解度に依存するため CO 2 分圧が いほど有利になる よってプレコンバッションに適し 冷メタノール吸収液やポリエチレングリコールジメチルエーテルなどの吸収液が開発されている 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 ( 出典 ; 第 2 回次世代 発電協議会資料 ( 電源開発 )(2015.6)) 2020 年度頃 CO 2 回収コスト 標 2,000 円台 /t-co 2 電源開発若松研究所の物理吸収法実証試験プラント ( 出典 ; 電源開発資料 ) 16

18 3 固体吸収法 技術概要固体吸収材 吸着材による CO 2 分離回収技術のこと 多孔質担体にアミン吸収剤を含浸させたり CO 2 吸収能のある固体剤を吸着させたものや CO 2 吸収能をもつ固体粒 そのものを使 する 法がある 特徴多孔質担体に含浸もしくは吸着させた吸収材は殆ど を使 しないことから 固体吸収材の再 エネルギーの低減が期待できる 固体吸収材には多孔質担体にアミン吸収液を含浸させたものや K 2 CO 3 などを吸着させたもの さらに CO 2 吸収能のある酸化カルシウム粒 を利 したものなど 種類は様々ある ( 出典 ; 第 2 回次世代 発電協議会資料 (RITE)(2015.6)) 2020 年度頃 CO 2 回収コスト 込み 2,000 円台 /t-co 2 固体吸収材 ( 出典 ; 第 2 回次世代 発電協議会資料 (RITE)(2015.6)) 17

19 4 膜分離法 技術概要分離機能を持つ固体の薄膜を利 し その透過選択性を利 して混合ガスの中から対象ガス (CO 2 ) を分離する 法 特徴分離の駆動 は分圧差であるため プレコンバッション 式に適する ガス圧を利 することから 他の吸収法と 較して省エネ 低コストが期待されている 分離膜には H 2 透過膜と CO 2 透過膜の 2 種類ある 2030 年度頃 CO 2 回収コスト 込み 1,000 円台 /t-co 2 CO 2 分離膜モジュール ( 出典 ; 第 2 回次世代 発電協議会資料 (RITE)(2015.6)) 18

20 5 クローズド IGCC(CO2 回収型次世代 IGCC) 技術概要酸素燃料技術を IGCC 技術に応 排ガス中の CO 2 を酸化剤としてガス化炉やガスタービンに循環させ コンバインドサイクル発電を う 特徴循環 CO 2 によるガス化反応の促進と効率向上が図れる シフト反応器や CO 2 分離装置が不要であり CO 2 回収後も い発電効率を維持できる また 排ガス中の CO 2 濃度が 95% 程度まで められるため CO 2 回収に有利なシステムである 技術確 込み 2030 年度以降 CO 2 排出原単位 込み CO 2 回収が前提 送電端効率 ( HHV) 込み 42% 程度 (CO 2 回収後 ) コストの 込み 1700 級ガスタービンを使 した IGCC の建設費 +15% 未満 ( 出典 ; 第 1 回次世代 発電協議会資料 (NEDO)(2015.6)) 19

21 CO 2 有効利 技術 覧 CO2 有効利 技術技術概要種類と特徴 技術確 ( 年度 ) 1 微細藻類 中に 息する藻類のうち 光合成により増殖する際に燃料を 産する性質を持つ藻類を利 して バイオ燃料を 産する技術 太陽光のエネルギーを利 して CO2 を燃料に変換することができる 単位 積当たりのエネルギー 産量はバイオ系では最 で パーム油や菜種油と 較して い 産性をもつ 陸上植物と異なり通年の収穫が可能であり 糧と競合しないバイオ燃料として注 2020 年代後半以降 2 光合成 植物の光合成と同じように 光 を直接化学エネルギーに変換する技術で 広義には植物の光合成機構の全体または 部を模倣することに該当する 光触媒や光電極を いた 素製造 ( ソーラー 素製造 ) が代表的 光触媒や光電極で製造した 素は 素分離膜を いて 素分離し 合成触媒などで 素と CO2 から化学品原料である低級オレフィンを製造することができる 化 資源からの脱却や 資源問題や環境問題への貢献が期待される 2020 年代後半以降 20

22 1 微細藻類 技術概要 中に 息する藻類のうち 光合成により増殖する際に燃料を 産する性質を持つ藻類を利 して バイオ燃料を 産する技術 特徴太陽光のエネルギーを利 して CO 2 を燃料に変換することができる 単位 積当たりのエネルギー 産量は バイオ系では最 で パーム油や菜種油と 較しても い 産性をもつ 陸上植物と異なり 通年の収穫が可能であり 糧と競合しないバイオ燃料として注 2020 年代後半以降 出典 :IHI 資料 出典 : 電源開発資料 出典 :Seambiotic Algae Pilot Plant 出典 :Ecoduna Project PHOBIOR 21

23 2 光合成 技術概要植物の光合成と同じように 光 を直接化学エネルギーに変換する技術で 広義には植物の光合成機構の全体または 部を模倣することに該当する 光触媒や光電極を いた 素製造 ( ソーラー 素製造 ) が代表的 特徴光触媒や光電極で製造した 素は 素分離膜などを いて分離し 合成触媒などで 素と CO 2 から化学品原料である低級オレフィンを製造することができる 化 資源からの脱却や 資源問題や環境問題への貢献が期待される 出典 : 佐 ら, Synthesiology, Vol.7, No.2 (2014) 2020 年代後半以降 ( 出典 ; 第 2 回次世代 発電協議会資料 ( 三菱化学 )(2015.6)) 22

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