地球環境保全に向けたエネルギーベストミックスへの取り組み 2010 年 11 月 16 日 株式会社日立製作所執行役常務 / 電力システム社社長 田中幸二 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 0
1. 日立電力システム製品 原子力 火力 沸騰水型原子力プラント (ABWR ESBWR) 石炭火力プラント 石炭ガス化複合発電 (IGCC) 他予防保全 燃料サイクルなど 原子力プラント主要機器 原子炉圧力容器 原子炉機器 中央制御操作盤 水力 風力 太陽光 スマートグリッドなど 24% 2009 年度連結売上高 8,821 億円 19% 57% 石炭火力プラント主要機器 蒸気タービン 発電機 水力発電システム 風力発電システム 太陽光発電システム 陽子線がん治療装置 ガスタービン ボイラー AQCS 他受変電システム ドライブシステム スマートグリッド PET サービスなど IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle AQCS:Air Quality Control System ABWR:Advanced Boiling Water Reactor ESBWR:Economic and Simplified Boiling Water Reactor PET:Positron Emission Tomography Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 1
2. 低炭素社会実現へ向けた世界的な潮流 CO 2 削減対策の中核として発電関連部門への期待低炭素社会構築へ加速 ( 原子力 CCS 新エネルギーの拡大 ) ( 億トン ) 400 380 360 340 320 300 280 2007 288 億トン 世界の CO 2 排出量見通し 2030 年 CO 2 排出予測 402 億トン 延長線シナリオ 450ppm シナリオ 264 億トン 2010 2015 2020 2025 2030 年 エネルギー供給 ( 発電 ) 部門 66 億トン (-48%) エネルギー需要部門 72 億トン (-52%) 排出抑制の内訳 再生可能エネルギー 原子力 CO 2 回収 貯留 (CCS) 発電効率向上 バイオ燃料 41% 21% 21% 11% 6% 出典 : World Energy Outlook 2009 より作成 CCS:Carbon Dioxide Capture and Storage Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 2
3. エネルギー資源別動向 石炭 : 豊富な埋蔵量 小さな地域的偏在性 世界の基幹電源天然ガス : 相対的に少ない CO 2 排出量 石炭に次ぐ主要電源 資源確認埋蔵量 石炭 119 年 (8260 億トン ) 100% 電力の電源構成 (2007 年 W/W) 天然ガス 石油 0 50 100 150 200 可採年数 ( 年 ) 出典 : BP 統計 2010 地域別埋蔵量分布 100% 75% 50% 25% 0% 46 年 63 年 (187 兆m3 ) (1 兆 3331 億ハ ーレル ) 石油天然ガス石炭 北米中南米欧州 ユーラシア中東アフリカアジア太平洋 出典 : BP 統計 2010 80% 60% 40% 20% 0% 42% 6% 21% 14% 16% 2% 石炭 石油 天然ガス 原子力 水力再生可能 エネルギー 資料 :IEA World Energy Outlook 2009 より Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 3
4-1. 原子力発電国内新増設計画 2010 2015 2020 年度 島根 3 大間 建設中 敦賀 3 敦賀 4 東通 1( 東京電力 ) 福島第 Ⅰ-7 福島第 Ⅰ-8 上関 1 PWR 3 基 BWR 11 基 内 ABWR10 基 国内原子力建設計画 (14 基 ) 出典 : 経済産業省資源エネルギー庁 2010 年度電力供給計画の概要 BWR:Boiling Water Reactor PWR:Boiling Water Reactor 川内 3 東通 2( 東京電力 ) 浜岡 6 浪江 小高東通 2( 東北電力 ) 上関 2 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 4
4-2. 原子力開発の継続推進 (MW) 2,000 出力規2010 出力向上 次世代 BWR ESBWR 模ABWR 1,000 BWR-5 ABWR BWR-4-900 立地性 ABWR BWR-3 拡大 -600 BWR-2 小型炉 1960 1970 1980 1990 2000 2020 2030 年代 航空機落下対策ドーム SC 構造格納容器 市場ニーズに対応した原子力開発を継続推進 世界標準 ABWR 次世代 BWR 免震建屋 静的 & 動的安全系ベストミックス 海外向け ABWR 開発推進 米国設計認証更新申請 (11 月 ) 世界標準 ABWR 開発増出力 (150 万 kw 級 ) 超工期短縮 ESBWR エンジニアリング推進 米国設計認証取得 (2011 年 9 月 ) 申請中原子炉で最速 次世代炉開発 次世代 BWR(180 万 kw 級 ) 国家プロジェクトにて開発 ABWRシリーズ化 (ABWR-600 ABWR-900) 小型炉の開発小型 BWR(30 万 kw 級 ) 小型高速炉 (Na 冷却 30 万 kw 級 ) SC:Steel Plate Reinforced Concrete Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 5
5-1. 火力発電高効率石炭火力 近年の建設実績 建設状況 [ 主要プラント ] 欧州 南ア Walsum-10( 建設中 )BTG Electrabel-1,2( 建設中 )BTG BoAⅡ-1,2 ( 建設中 )B Boxberg-1 ( 建設中 )B アジア YongHung-3,4 (2008 年運開 )TG Dangjin-9,10 ( 建設中 )B 電発 / 磯子新 2 号 (2009 年運開 )TG 米州 Keephills-3( 建設中 )BTG Duke Energy ( 建設中 )B Walter Scott, Jr-4 (2007 年運開 )BTG Elm Road-1,2 ( 建設中 )BTG Medupi-1~6 ( 建設中 )B Kusile-1~6 ( 建設中 )B :EPC 案件 :USC 案件 B: ボイラ TG: 蒸気タービン 発電機 < 超々臨界圧 (USC) の建設実績 ( 建設中含む ) > 国内 8 基 海外 25 基 ( 計 33 基 ) USC:Ultra Super Critical( 超々臨界圧 : 温度 593 以上 圧力 24.1MPa 以上 ) Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 6
5-2. 火力発電の環境対応技術開発 大気排出物 排出抑制技術開発 CO 2 NO X SO X 2000 2005 2010 2015 2020 CO 2 回収 CO 2 回収技術 ( 実証試験 ) 発電効率向上 高効率蒸気タービン ( 高効率化 高信頼性化 ) 700 級 A-USC 750 級 石炭ガス化パイロット試験 大型実証機 商用フ ラント 排ガスクリーン化低 NO X 燃焼 高性能 AQCS( 高性能化 ) 石炭燃焼試験設備 ( 世界最大級 ) AQCS 一貫研究設備 A-USC:Advanced Ultra Super Critical AQCS:Air Quality Control System Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 7
5-3. クリーンコールテクノロジーの開発加速 発電端効率 LHV (%) 50 40 30 1960 年 1980 年 2000 年 2020 年 欧州 ( 日立パワーヨーロッパ参画 ) ~2013: 材料開発 実缶試験 日本 ( 日立製作所バブコック日立参画 ) 2008~: 国プロにて材料 要素技術開発 タービンローター材 A-USC 700 A-USC 開発目標 50% 以上商用機最先端 ( 蒸気温度 600 /620 ) A-USC IGCC+CCS 技術の開発加速 ( 現在の世界平均効率は約 35%) ~2020 年 : 商用機への展開 500MW 級ボイラー概念設計 IGCC+CCS EAGLEプロジェクトで技術開発 (2002 年 ~) ~2006: 約 6,000hrの試験運転でプラント性能確認 ~2009:CO 2 分離回収試験 ( 発電用石炭ガス化ガスからは世界初 ) 項目 目標 結果 CO 2 回収率 90% >90% CO 2 純度 99% >99% EAGLE パイロットプラント 大崎クールジェンプロジェクト (NEDO FS:2010~2011 年 ) 事業主体 : 大崎クールジェン株式会社 実施内容 : 酸素吹 IGCC 及び CO 2 分離回収技術のスケールアップ検証他 事業地点 ガス化炉ガス精製複合発電 CO 2 分離回収装置 1,100t/ 日湿式化学吸収 170MW EAGLE:Coal Energy Application for Gas Liquid & Electricity NEDO: 新エネルギー 産業技術総合開発機構 (NEDOおよび電源開発 による多目的石炭カ ス製造技術開発プロジェクト) Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 8
5-4. クリーンコールテクノロジーの開発加速 2005 2010 2015 2020 2025( 年 ) 化学吸収法 (~1995 年 ) 電力共研 CO 2 回収技術の実証 ( パイロット 実証試験 商用機への展開 ) パイロット試験実証試験商用機への展開 (2010 年 ~) ドイツ オランダ他 カナダ / サスクパワー社 低炭素エネルギー包括協力契約 (2010 年 ~2012 年 ) CCS 実証プロジェクト 150MW 級蒸気タービン発電機受注 (2010 年 ) 排ガス アミンタンク 吸収塔 再生塔 回収 CO2 1,000MW 級商用機試設計 酸素燃焼法 4MWth バーナー燃焼試験 (2008 年 ~) バブコック日立呉研究所 システム評価試験 (2009 年 ~) バブコック日立安芸津研究所 CCS:Carbon Dioxide Capture and Storage フィンランド / フォータム社 酸素燃焼共研契約 (2008 年 ~2010 年 ) ドイツ / バッテンフォール社 酸素燃焼バーナー試験受託 (2009 年 ~2010 年 ) 空気分離装置 酸素 回収 CO2 脱硫装置脱硝装置 脱硝装置ボイラ CO 2 再循環ライン 500MW 級商用機試設計 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 9
6-1. 風力 太陽光発電導入の課題 再生可能エネルギー出力が時間 天候 季節で変化系統不安定の要因力再生可能エネルギーの出力変動が系統安定性に与える影響時間出 普及に伴う系統上の課題 系統安定性 ( 周波数 電圧の変動 ) 配電逆潮流など 課題へのソリューション ( 系統安定化 ) 技術が鍵 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 10
6-2. 課題解決のために 課題へのソリューション ( 系統安定化 ) 技術が鍵 個別システムにおける変動抑制 風力発電 太陽光発電 自体での変動抑制 電力貯蔵技術との組み合わせによる変動抑制 可変速揚水発電 ( 水力 ) 鉛蓄電池 Li- イオン電池 系統全体における最適制御 ( スマートグリッド ) 大規模電源 新エネルギーのベストミックス 電力の需要側と供給側を含めた協調制御 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 11
6-3. 風力発電 2MW 級ダウンウインド型風車受注拡大 地形に沿って吹き上げる風を効率的に活用 風力発電機 ウインドパワー いばらき ( 株 ) (2010 運開 ) 蓄電池併設による風力出力変動吸収技術を実証 蓄電池の充放電で風力出力変動を吸収 出力変動 変動に応じて充放電制御 変動抑制 系統 コンバーター 蓄電池 変圧器 安定電力 蓄電池室 蓄電池 ( 風力 + 蓄電池 ) による安定系統連系 くろしお風力発電 ( 株 ) (2010 運開 ) 12 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 12
6-4. 太陽光発電 システム インテグレーターとして系統に優しいシステムを構築 国内最大級の電力事業用メガソーラーシステム PCS のコンテナ実装例 ラインナッフ :100/400/500kW PCS に特有な高調波ノイズ発生を抑制し 高品質な電力を維持 東京電力 ( 株 ) 殿 13MW 扇島太陽光発電所 ( 仮称 ) (2011 運開予定 ) 5 高調 4 波含 3 有 2 率 (%) 1 0 : 新制御 : 従来 高調波を目標以下に抑制 3 5 7 9 11 13 高調波次数 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 13
6-5. 太陽光発電における系統安定化技術 蓄積した制御技術を駆使し送配電網と協調の取れた機能を実現 雲による太陽光変化 太陽電池 パワーコンディショナー 変動に応じて充放電制御 安定電力 変圧器 系統 出力変動 系統連系制御 蓄電池 変動抑制 電圧変動抑制制御発電電力変動による電圧変動を抑制 FRT 制御電力系統擾乱時の脱落防止 蓄電池による変動制御充放電による出力変動緩和 FRT:Fault Ride Through 系統事故による電圧変動 周波数変動に対しても運転継続し 系統の安定性を確保する機能 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 14
6-6. スマートグリッドの推進 電力 情報技術の融合によるエネルギーインフラ全体最適化への貢献 電力と情報インフラ技術融合による低炭素社会の実現 大規模電源と新エネルギーのベストミックス 電力系統安定化 最適構成 ( 系統安定化機器 可変速揚水 蓄電池等 ) 電気自動車他の新たな電力需要との協調制御 実証実験での技術蓄積 標準化 低炭素社会に向けたベストミックス メガソーラー風力発電 蓄電池 原子力 火力 水力 現在 スマートグリッド需給の全体最適 EV 連携 電気自動車 次世代電力網の最終形次世代型スマートグリッド 電力系統の安定化 住宅用太陽光 CEMS BEMS/HEMS CEMS:Community Energy Management System HEMS:Home Energy Management System BEMS:Building Energy Management System Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 15
7. 低炭素社会実現のためのベストミックス構成 原子力 火力 水力 新エネルギーの総合技術力を活かしてベストミックス電源構成 電力流通設備の実現へ貢献 高品質電力の安定供給と CO 2 削減の実現にはベストミックスが不可欠 特 徴 主な電源設備 課 題 ベースロード電力 新規プラント建設 低 CO CO 2 大容量電源 2 偏在少なく埋蔵量大 原子力 稼働率向上 増出力 CO2 CO2 排出原単位高高効率化 CCS 出力調整力大 火力 水力 さらに調整力の向上 低 CO CO 2 自然エネルギー 2 系統への安定連系 出力変動不可避 新エネルギー 経済性 Hitachi, Ltd. 2010. All rights reserved. 16
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