コージェネの普及状況と今 後 の 導 入 見 通 し ③▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪
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相模原工場第五発電所の導入事例

三菱重工業株式会社

汎用機・特車事業本部エンジン事業部エンジン技術部

1．初めに堀本孝治 氏電したのは４度であったが、計画停電が実施される予定時間に停電に備えるため、工場の操業2011年に発生した震災の影響については、被において多大なる影響を与えたのは事実である。

災地はもとより関東エリアにおいても大きな影

計画停電実施日においては実際の停電の時間は響を及ぼしたことは言うまでもない。すなわち４時間であったが、前後４時間にわたり、停電日本国内においては短時間の停電は各所においに備える工場設備のシャットダウン対応および、て発生したことはあったが、近年、長時間の停停電後の立ち上げ等で１回12時間にわたり工場電ということはほとんどないということが常識の操業が不能となった。
（図１）であった。関東エリアにおいては計画停電（輪番停電）が実施され、各家庭、各企業において多かれ少なかれ停電前後の準備及び停電実施時間帯の対応を余儀なくされた。
三菱重工業相模原事業所では計画停電実施時でも相模原工場の操業を行うことができるよう新発電所（第五発電所）の建設を決定し、2011年12月に竣工した。実証設備およびコージェネレーション設備として有効活用を行っている同事業所の第五発電所を紹介する。

2．第五発電所導入にあたって

図１

計画停電時の工場対応状況

2011年夏季は緊急対策として非常用ディーゼル発電装置を導入して、工場内の電力の確保を図ったが、冬季にも計画停電が実施されるのではないかという懸念から、６月に急きょ工場の５番目の発電所として発電装置の導入を決定し三菱重工業汎用機・特車事業本部相模原工場た。発電装置としては海外向けの主力機種となは震災直後の計画停電を４度経験した。実際停るべく開発中のGS16R2-1500min－1、1,500kWの導入を決定した。この機種の選定にあたっては設置面積当たりの発電量を考慮した。
このGS16R2-1500min－1、1,500kW機は単位面積当たりの発電出力が弊社相模原工場で扱う発電装置ラインナップでは最大であること。新機種エンジンとして今後の評価試験も第五発電所で実施できることが採用理由である。
導入する発電所の容量選定にあたっては工場関係者の間で協議を行い、真に必要な工場電力

相模原工場第五発電所の発電装置

12量を把握することから着手し、商用電源喪失時
内発協ニュース／ 2013年11月号

において最低限工場の操業が可能となる容量を（出力ディレーティングを行うことなく定格運考慮した。最終的に9,000kW（1,500kW×６台）転が可能。第五発電所では冷却塔による冷却方の増設を決定した。

式を採用。
）

図２に示すとおり工場内の電力需要は1,200kW～20,000kW。節電などで工場消費電力を抑えることで、商用電源停電時でも工場が操業できる容量となる。相模原工場ではすでに４つの発電所（合計8,160kW）を保有し、第五発電所を加えると合計17,160kWの発電が可能となる。
所内発電所
17.16MW
工場使用
電力

所内
新発電所
9.0MW

最大20MW

負荷変動
余裕代

所内発電所
8.16MW
事業継続不可最少12MW

12.0MW
契約電力（東電）

所内発電所8.16MW

通常時

事業継続
可能

既存
所内発電所
8.16MW

10.5MW
契約電力
（東電）

所内発電所
供給能力
（単独運転）
15.44MW

通常時

停電時

停電時

導入前

節電等で負荷調整

導入後

BCP成立
図２

工場電力使用量と発電電力量の関係

表１

第五発電所諸元

発電出力

kW

1,500

発電電圧

V

6,600

周波数

Hz

50

エンジン型式－GS16R2-1500min－1

エンジン出力kW

1,562.5

回転数

min

1,500

燃料消費量

m3N/h

324.2（＊）

蒸気回収量kg/h（@0.78MPa）

896
1,932.7

－1

温水回収量

MJ/h

温水回収温度℃

75

発電効率％

41.0

総合効率％

72.8（＊＊）＊：低位発熱量40.63MJ/m3N時＊＊：温水も回収した場合（上記のみの場合は58.2％）

また、ブラックアウトスタートの機能。初期
負荷投入量が定格の30％であること。高速同期制御の機能を有すること等である。
発電所の運用形態は、当初はモノジェネレーションとしての導入であったためにエンジンの第五発電所建設にあたっては冬季にも計画停

性能評価試験を主として実施したことから１台電が予想されたために、工期を優先しモノジェ目が24時間連続運転として、２台目をDSS（Daily

ネレーションとして導入し、2011年12月15日にStart Stop）でエンジンの評価試験を行うことで竣工した。コージェネレーション設備として導運用を開始し、残りの３台は工場の負荷に応じ入した場合12月の竣工には間に合わなかったたて運転を行っている。一方では2012年、2013年めである。第五発電所建設時、将来のコージェと７月から９月の３ヶ月間13時から16時の３時

ネレーション化を考慮し排ガス蒸気ボイラの設間「ピーク時間調整契約」のために６台フル稼置場所、およびエンジン冷却水回収用の熱交換働を行い、同時間帯の受電電力量を4,500kW（契器増設スペースを考慮した配置計画とした。

約電力10,500kW）まで引き下げる運用を行った。

建設場所の確保を含め６月に導入を決定し約半年間という短工期で発電所竣工にこぎつけた

3．導入後の発電所の活用について

ことは、計画停電を実際経験し危機感を持って2011年の第五発電所竣工後、所内の電源確保関係者が一丸となって取り組んだ成果である。

だけでなく様々な実証試験に活用している。エ

第五発電所の諸元は表１に示す。この設備のンジン部品の信頼性の確保のための耐久性評価

特徴としては震災後特に注目されているB C P試験、潤滑油評価試験、その他にもエンジン性（BUISINESS CONTINUITY PLAN（事業継続能を改善する評価試験を継続している。併せて、性））に対応できるさまざまな特徴を持ち合わせ第五発電所に導入したエンジンは高出力を主眼ている。例えば、冷却水の補給が必要のないラに置いたエンジンであり、コージェネレーショジエータによる冷却が可能であるエンジン。

ン用途としては不向きの点があった。

内発協ニュース／ 2013年11月号

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（温水の回収温度が75℃であり、弊社工場では温水回収温度は75℃で問題はないが、吸収式冷凍機と組み合わせることができない。）

4．コージェネレーション設備としての有効活用
第五発電所導入当初はモノジェネレーション

そのため2012年11月よりジャケット冷却水温度設備および実証試験設備としての活用にとどを上げる評価試験を行い、温水回収温度を88℃まっていたが、2012年度以降コージェネレーショに昇温し、吸収式冷凍機を使用できるようコーン化を順次行っていくことで工場内の省エネ化

ジェネレーション用途としての商品価値を上げるを図っている。2012年度は３台の発電装置にお試験を継続中で、評価試験は最終段階にある。

いて排ガス熱を蒸気として回収できるよう排ガ

また、発電装置としての高付加価値向上の実ス蒸気ボイラの導入を実施した。このことによ証設備としての検証も行ってきた。まず高速同り既設の蒸気ボイラの稼働を抑制でき、省エネ期機能確認試験である。弊社では国内３案件で化を図られた。2013年度はさらに残りの３台に２、３台の高速同期機能を採用した発電装置をおいて排ガス蒸気ボイラの導入を決定し12月竣

市場に投入してきたが、第五発電所では６台ま工で更なる省エネ化を計画中である。エンジンでの高速同期機能の検証を行い、６台までの高の冷却水を温水として回収できるよう回収用熱速同期技術を確立した。

交換器の増設（５台）も計画している。
（図３）

高速同期機能とは複数台のエンジン発電機を

このことにより工場の省エネ率の向上が図ら

起動後、定格速度に到達後に低電圧の状態で発れることとなる。2013年度末の段階では、温水電装置の遮断器を同時投入し、その後、定格電の回収については将来のための準備段階にとど圧に上昇させるといった技術である。このことめるが、省エネ率は約20％をもくろんでいる。

より第五発電所においては1,500kW発電装置の当初は冬季の工場内の空調用としての活用を計

１台では初期負荷投入量は450kW（定格負荷の画していたが、夏季での温水利用を視野に入れ、30％）であるが、６台の高速同期技術を適用す2014年度は更なる省エネ化を目指すべく排熱投

れば、ブラックアウトスタート後最短で40秒以入型吸収式冷凍機（蒸気焚ジェネリンク、排ガ内に2,700kWの負荷が投入できることとなる。

ス投入型吸収式冷凍機）の導入も検討している。

今後もこの高速同期投入機能の技術向上を図るべく実証試験を行っていく予定である。

2013年度はその準備段階までとして計画している。

もう一つの性能向上の実証試験として発電装

これは相模原工場では（一般の機械工場では置の高速応答性の向上確認試験を実施した。従あてはまると思うが）、温水の利用がほとんどな

来エンジン起動後、定格負荷まで約７分かかっ

く冬季の一時期しか活用できないことが要因でていたが、高速応答技術を導入することでエンある。夏季においても温水を回収し省エネ化をジン起動後、定格負荷まで約半分の時間で立ち図る目的である。さらに同工場では年間を通し上げることが可能であることを確認した。このて蒸気の利用が多いことから、「5．」に述べることにより発電装置として構内負荷への給電時廃温水蒸気発生装置の導入を決定し、2013年10間を短縮できることが可能となる。ピークカッ月より運用を開始している。

ト等で定格負荷運転までの負荷取り時間を短縮するニーズにこたえるためである。

5．更なる高効率化を目指した活用について今後もこのような発電装置としての高付加価

最近のコージェネレーションの状況において値向上を目指した試験を第五発電所で実施しては総合効率が重視されているが300～1,500kWガいくことを検討中である。

スエンジンコージェネレーションシステムにお14

内発協ニュース／ 2013年11月号

実証用自家発電所・熱回収フロー図（平成25年度計画）

図３

平成25年度コージェネ化計画

いて、総合効率のうちおおむね発電効率が38～ターンを検討し、その結果少しでも熱利用の多42％、冷却水15～20％、排ガス熱15～20％と総い蒸気として回収できるシステムが有効ではな

合効率で70～80％というのが一般的である。

いかとの結論に達した。それを踏まえ、東京ガ

また、排ガス熱は蒸気ボイラを用いて蒸気とス殿と三浦工業殿で共同開発された廃温水蒸気して回収することで、多くの工場などで蒸気負発生装置を選定し、６台中の１台に導入を決定

荷として利用されている。しかしながら冷却水した。

を温水として回収する場合には、弊社工場でも導入に当たっては「次世代型熱利用設備導入同じであるが、産業用途の場合は冬季のある一緊急対策事業」の補助金交付が決定している。

定期間中にしか利用できず年間を通し安定して廃温水蒸気発生装置の導入に関する設備費、工コージェネレーションとして運用できない状況事費の50％の受給が決定している。本システムである。幣社工場で導入を検討している吸収式は、2013年２月に導入を決定し、補助金交付の冷凍機についても省エネという観点ではよいが、申請を行い、５月中旬に補助金の受給が決定し、投資効果を考慮するとなかなかすぐ導入というその後約4.5ヶ月の短工期にて廃温水蒸気発生装結論には至らないのが現状であろう。

置の竣工を９月末に実施することができた。

発電効率と排ガス回収熱量だけ（おおむね総合効率として60％弱程度）では現在の燃料代を考慮すると省エネ性という観点はあるものの、経済性を考慮すると導入に拍車がかからない状
況下にある。総合効率が最低でも70％近くあり、年間を通して安定したコージェネレーションとしての運用できる熱利用がなければ、メリットが見いだせないというのが実情であろう。
第五発電所竣工以来、工場内の関係者の間で検討会を開催し、同工場における排熱回収のパ
内発協ニュース／ 2013年11月号

廃温水蒸気発生装置

15

実証用自家発電所・熱回収フロー図（平成25年度温水を蒸気として回収）

図４

廃温水蒸気発生装置フロー図（２号機）

システム構成を図４に示す。

用より、蒸気の利用が多く、こういった蒸気回

このシステムはエンジンのジャケット冷却水収システムの普及が今後コージェネレーション（91℃）を直接蒸気発生装置に入れジャケット冷システムとして注目されると考える。

却水の熱を利用して、マイナス0.05MPaの蒸気弊社もこの第五発電所２号機を利用してエンを300kg／h発生させるものである。この低圧のジンの冷却水熱量を蒸気として回収できるシス

蒸気をエゼクタを利用して、工場内で使用するテムの検証を今後実施していきたいと考えてい

蒸気4,000kg／h、蒸気圧力780kPaの蒸気を利用る。現在の燃料代および設備にかかるイニシャして、170kPaの蒸気圧力まで昇圧して工場内のルコストの観点から導入を検討することは厳し蒸気負荷として利用するシステムである。

い状況が続くであろう。エネルギーを有効に利本来は廃温水蒸気発生装置から回収する低圧用するという観点からコージェネレーションのの蒸気は電気式の蒸気コンプレッサを使って工普及をめざし、温水利用量は少ないが蒸気の利場内で使用する蒸気圧力まで昇圧するシステム

用が多い工場などで産業用コージェネレーショが一般的であるが、弊社工場内の蒸気使用量（エンの活用方法として本システムを検討してみる

ゼクタを駆動できる蒸気圧力および蒸気量が確価値は十分あるものと考える。

保されている）を考慮し、さらに工場内で使用している蒸気圧力が170k P aと低圧であること

6．最後にから、こういったシステムが成立するものであ

汎用機・特車事業本部相模原工場は国内外にる。電気式蒸気コンプレッサを採用した場合はディーゼルエンジン、ガスエンジン発電装置を約160kWの電気動力が必要となるが、エゼクタ展開する生産拠点である。

を採用することで電気動力をセーブできるのが大きな特徴となっている。

しかし、４度の計画停電の実施によって、発電装置を世に出す同工場そのものが生産が不能今後エンジンのジャケット冷却水温度を徐々の事態に追い込まれる羽目になった。このことに上げて、廃温水蒸気発生装置から回収できるを教訓に同工場のBCP対応も考慮して導入され蒸気量を増やしていくことも視野に入れて運用た第五発電所を含め、弊社工場内で活用されてしていく予定である。ジャケット冷却水温度がいるコージェネレーションシステムを、お客様105℃まで昇温することができれば、おおむねエの幅広いニーズに対応して適確に提案できるよ

ンジンのジャケット冷却水熱量をすべて蒸気とう実証設備として有効的に運用していきたいとして回収できる試算となる。工場では温水の利考える。

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