〔４〕未利用エネルギー

BestValue

Best Value●価値総研

オフライン熱供給システム普及へ向けて〜都市に賦存する未利用排熱の有効活用〜

Theme
4コンサルタント

山田 心治「「面」・「ネットワーク」の対策」が期待されている1。

1.はじめに熱供給方式は、一般的に、蒸気もしくは温水を熱媒体とし、供給地点から需要家へ敷設された配管を通じて供給する「オンライン方式」が主流である。しかし、近年、蓄熱材をコンテナ等で輸送することにより、配管敷設を必要としない「オフライン方式」が欧米などで実用化され、日本でもその導入に向けた検討が多くなされるようになっている
本稿では、まずオフライン熱供給システムが期待される社会的背景について述べる。さらに、オフライン熱供給システムをいくつのかの方式に分類し、導入事例についてレビューする。さらに、オフライン熱供給システムの普及へ向けたシナリオについて考察する。
学校（プール等含む）

事務所(2).大量に賦存する未利用排熱
全国の工場等における既存炉や自家発電プラントなどにおいては、使われないまま捨てられてしまっている大量の未利用廃熱が賦存している。
(財)省エネルギーセンターが実施した工場群の排熱実態調査によると、全国の工場等から発生する未利用の廃熱は年間で 1,138,383TJ に達している。大量の未利用廃熱を賦存している産業として、電力業 281,483TJ、化学業
261,805TJ、鉄鋼業 185,115TJ、清掃業 97,636TJ などがあり、これら 4 つ産業だけで年間で約 826,039TJ の廃熱を発生している。これを重油換算すると約 2,113 万 KL、CO2換算(2.77kg‑CO2/L)で 5,851 万 t‑CO2 に相当する2。
これら未利用廃熱を有効に活用することによる省エネ
ルギーと温室効果ガス排出削減の効果は、非常に大きいと考えられている。

ホテル
300,000

オフライン輸送

281,483
261,805

加温ハウス

250,000

蓄熱
工場 など

200,000

185,115TJ/y

店舗
150,000

病院

97,636

100,000

特養59,28163,71964,519

50,000

図 1 オフライン熱供給システムのイメージ

23,45910,454(出所:参考資料 1 より作成)

21,637
17,71919,08315,872
12,1384,463

01.食料 2 .繊維

3.紙パ 4 .化学

5.石油

6 .窯業

7.鉄鋼

8 .非鉄

9.機械 10.電気 11.輸送 12 .ガス 13.電力 1 4.清掃 15 .他(業種)

図 2 業種別全国排熱量

2.社会的背景(1).CO2 削減の喫緊性2008 年の京都議定書第一約束期間を 2 年後に控え、温室効果ガス排出量を削減することが国家的喫緊の課題となっている。
工場等産業部門は、依然として世界トップレベルのエネルギー利用効率を誇っており、CO2 排出削減ヘ向けた恒常的努力を続けている。しかし、個別企業・事業所単位、すなわち「「個」の対策」では、もはや限界を迎えて(出所: (財)ECCJ「工場群の排熱実態調査研究要約集」より作成)(3).オフライン熱供給システムへの期待
CO2 削減へ向けて、都市に賦存する未利用廃熱を活用することの有効性は、以前から認識されていた。しかし、需要者-供給者間に存在する距離的及び時間的ギャップ等の問題から、これらの廃熱は有効活用することが出来なかった。オフライン熱供給システムは、これらギャップを埋める技術であり、未利用エネルギーを複数主体間で効率的に融通することを可能にする技術である。

おり、工場間・産業間が垣根を越え複数主体が連携する
1
2

Best Value vol.13 2006.11 VMI©

内閣府「京都議定書目標達成計画」より
熱量換算:39.1MJ/?、CO2排出量換算:2.77kg‑CO2/?として算出

Best Value●価値総研
配管敷設の必要が無いため、インフラ整備コストを大幅に削減できることに加え、需要家の熱利用用途や利用量によって最適な蓄熱材を選択することが出来など、需に有望である。
システム（ローリー使用）①温水供給システム（ローリー使用）①温水供給

要家の要求に応じ柔軟な熱供給が可能である。

供給側貯湯タンク

供給者側

省エネルギーの必要性

大量の未利用廃熱 が賦存

温水 を需要側受入れタンクに投入

戻る
給 湯・暖房負荷などへ

CO2削減対策の必要性
CO2削減対策の必要性
更なる追加的施策が急務〜〜京都議定書達成目標
へ向けて、、更なる追加的施策が急務〜〜京都議定書達成目標へ向けて
需要者側

温水 ローリー
運搬(使用後排水 )入れ替えシステム②コンテナ
入れ替えシステム②コンテナ

供給側貯湯タンク

蓄熱コンテナ
運搬

コンテナ を需要側に設置・熱交換用済みコンテナを回収

戻る

給 湯・暖房負荷などへ

廃熱発生地点と熱需要地点のギャップ、熱供給形態のギャップなどを解消することが 必要

複数主体間連携によるオフラインによる熱供給事業の実現

図 3 オフライン熱供給システムが期待される社会的背景

3.水による顕熱方式と潜熱蓄熱材による潜熱方式

図 4 温水供給システムとコンテナ入れ替えシステム(出所:参考資料 1 より作成)(主な利点)
蓄熱媒体として水を用いることによって、以下のようなメリットがある。
①安全性…化学的に安定しており安全且つ無害なため、利用用途が広い②親和性…各プロセスの仕組みが比較的容易であり、既存の給湯システムとの親和性が高い(1).蓄熱方式による分類
オフライン熱供給システムは、利用する蓄熱材の種類によって大きく 2 つの方式に分類することが出来る。
① 水を蓄熱媒体とする「顕熱方式」⇒温水によるオフライン熱供給② 潜熱蓄熱材を蓄熱媒体とする「潜熱方式」⇒潜熱蓄熱材によるオフライン熱供給
顕熱蓄熱は、相変化を伴わず物質の温度を変化させた時の熱量を蓄熱するもので、潜熱蓄熱とは、温度変化を伴わず相変化の時の熱量を利用して蓄熱するものである。
(2).温水によるオフライン熱供給
水は安全で経済性にも優れており、そのままの熱媒体として利用できるので、100℃以下の蓄熱に対しては最も一般的に用いられている。
温水による顕熱輸送は、ローリーに温水を入れて運び、需要家側の保温タンクに温水を供給して空の状態で帰る③拡張性…入手が容易であるため、将来的へ向けて拡張性及び普及可能性が高い(普及へ向けた課題)
温水によるオフライン熱供給は、上記のような利点を生かすことによって、一台のローリーによって、多くの需要家へ配って回ることが出来、将来的に非常に有望なシステムである。
しかし、現在までのところ、国内において温水によるオフライン熱供給の事例は無い。このシステム実現のためには、安値且つ大量の水を確保することが最大の課題となっている。熱供給事業者の水の確保を容易にするため、水質及び水質関連法規制を検討する必要があると思われる4。

「①温水供給システム」とコンテナで温水を運び、需要家側施設において使用済みの冷えた水の入ったコンテナと入れ替えて持ち帰る「②コンテナ入れ替えシステム」の 2 つに分類することが出来る3。
特に、前者の「①温水供給システム」は、需要家側において給湯などで使用した後に排水するため、帰りは空で戻ることができ、ガソリン代の軽減につながる。また、需要家では水道代の削減になる等、水の利点を最大限に生かすことができ、水の付加価値追求の観点からも非常

図 5 温水供給システムとコンテナ入れ替えシステム(出所:参考資料 3)

3

資源エネルギー庁「地域における工場等廃熱の高度活用に関する実現可能性に関する調査」より

Best Value vol.13 2006.11 VMI©

4

水質に関する規制は、地域ごとに異なる

Best Value●価値総研(2). 潜熱蓄熱材を蓄熱媒体とする「潜熱方式」
潜熱蓄熱材による潜熱方式は、酢酸ナトリウム等の潜熱蓄熱材をコンテナに充填し、トラックなどにより輸送(事例紹介)
ここでは、オフライン熱供給システムの導入事例としする方式である。
輸送した熱を、需要者側において放熱することにより、て、三機工業の「トランスヒートコンテナ・システム」を紹介する。

熱供給する。
主な潜熱蓄熱材の種類と物性を表 1に示す。

「トランスヒートコンテナ・システム」は、三機工業(株)と(株)栗本鐵工所が 2003 年 11 月にドイツから技術導入したものであり、発生する低温廃熱（200℃以下）を

表 1 潜熱蓄熱材の種類と物性5
融点
蓄熱量
比熱容量（℃） （MJ/ m3） （KJ/kg ） （J/g･℃）
117
270
1722.8

物質名MgCl 2・6H 2O

比重1.57（塩化マグネシウム）
CH3 COONa・
3 H2O

価格
特徴用途（円/k g）
55
冷熱 供 給も可 暖房・冷房・給能
湯

58

391

264

3.1

1.48

200

蓄熱量が高い

暖房・給湯

Na2 SO4・
10H 2O（硫酸ナトリウム）

32.4

366

251

2.9

1.4660

融点低い

暖房・給湯

CaCl2・
6 H2O

29.9

328

192

2.1

1.71

48

融点低い

ヒートポンプ熱源

118

465

314

不明

1.48600

蓄熱量・融点が 暖房・冷房・給高いがコスト高 湯

酢酸ナトリウム、水酸化バリウム、塩化マグネシウムな
どの潜熱蓄熱材（PCM：Phase Change Material）に効率よく回収・貯蔵し、コンテナ車で運搬して離れた施設の熱エネルギーとして供給する技術である。
東京都下水道局と東京下水道エネルギー(株)、三機工（酢酸ナトリウム）（塩化カルシウム）
C4H10 ・O4(出所:参考資料 1 より作成)

業(株)の 3者はノウハウ+フィールド提供型共同研究として、トランスヒートコンテナ・システムによる取り組ん(主な利点)蓄熱材によって、蓄熱密度や放熱温度、コストが異なでいる。本実証試験では、清瀬水再生センターの廃熱を酢酸ナトリウムによる潜熱蓄熱材に蓄熱し、トランスヒートコンテナに充填し、約 2.5km 離れた清瀬市民体育館（エリスリトール）るため、需要家の熱利用用途や利用量によって最適なものを選択することが可能である。

まで運び、暖房用熱源として利用している。

例えば、水とは異なり、100℃以上の熱も蓄熱することが出来るため、需要者側において吸収式冷凍機等を稼動させることにより冷熱供給することなどが可能となる。
(普及へ向けた課題)
蓄熱材コストが若干高めであり、及びコンテナに要する広い敷地が必要なことが普及へ向けた課題となる。また潜熱蓄熱材によっては、「道路法」、「道路交通法」、「道路運送車両法」、「消防法」など輸送に係る関係法令に関しても検討する必要性が生じる。
図 6 トランスヒートコンテナ外観
熱源側①熱源施設より発生する排熱を、熱交換器を介して熱媒油 に伝える。
②熱媒油をタンク下部より供給する。比重差 により、熱媒油がタンク上部へ上昇する間に、PCMと熱媒油が直接接触 し、熱エネルギーをＰＣＭに伝える。
③タンク上部に集められた熱媒油は、ポンプにて吸引され熱交換器へ送られる。熱媒油 は、排熱と熱交換し、再度、熱エネルギーを得る。
→PCMが全て液状化したところで蓄熱が完了する。トラックにて移動可能となる。

熱源側

蓄熱タンク

①

ポンプ

下水汚泥施設 熱交換器
ごみ焼却施設
清掃工場
発電所など

③
熱媒油

②

熱利用側
病院、オフィス 、ホテル、スポーツセンターなど

②

蓄熱タンク

ポンプ 熱交換器

給湯暖房
冷房

①

熱利用側
①熱媒油 をタンク下部より供給し、比重差により熱媒油がタンク上部へ上昇する間に、ＰＣＭと熱媒油が直接接触 し、PCMに蓄えられた熱エネルギーを熱媒油 に伝える。
② 熱媒油に伝えられた熱エネルギーを、熱交換器 を介して熱利用側 の熱媒体（水、空気、ガスなど）に伝えられ 、熱利用を行う。

図 7 トランスヒートコンテナ・
システム概要5

価格は物質自体の市場価格

Best Value vol.13 2006.11 VMI©

(出所:三機工業の HP)

Best Value●価値総研(4).長所/短所の取りまとめ
水による顕熱方式と潜熱蓄熱材による潜熱方式に長所/短所を表 2 に取りまとめた。

られる。(注:設備の所有権や引渡しのタイミングは、ケースにより考える。)
プラント
建設
公益エネルギー会社

表2

2 つの方式の長所/短所

設備会社
設計・建設・維持管理 ・運営

潜熱蓄熱材 蓄熱材に関 し ・蓄熱容量の大きい蓄熱材 の選択 が可 能であ ・
潜熱蓄熱材の 価格がやや高 価であるによる潜熱方 てる・
熱媒体 を使用 し熱交換を行 うため、熱ロスが 発式・定温度 の熱エネルギー が得られる生する。
・融解・凝 固を半永久的に繰り返し使用可能で ・熱媒体 として熱媒油等が必 要となる。
ある・廃棄時 に産業廃棄物として扱われる

4.地域のヒートバランス調整機能として需要家

オフライン熱供給システムは、蓄熱材など技術要素の統合的発展により実現したシステムのイノベーションである。このイノベーションにより、従来では大気に放熱するなどして、捨てられていた未利用廃熱の有効活用が可能となったことにより、新たなビジネスチャンスが次々と創出されている6。
ここでは、熱供給ビジネスの一つの事業形態として、地域におけるヒートバランス調整役としての、オフライ熱供給契約

支払

熱供給

熱供給契約

支払

他地域
熱供給事業者

熱供給(出所:参考資料 1 より作成)

オフライン熱供給事業者

連携

熱供給契約

システム全体 ・
熱源温度や利用先 での 利用温度 などの条件 ・
熱源側 、熱利用側、それぞれに熱交換設備が必に関してにより、最適システム を選択可能である要であり、広い敷地 が必要となる・システム構築に初 期コストがかかる

出資

支払

オフライン
熱供給設備

廃熱供給

システム全体 ・蓄熱、放熱に時間を要さないため 、一日当 た ・冷房需要には向かないに関してりの 輸送回数を増 やすことが 可能である。
・構造が 単純なため、安価で構築可能である。
・「排熱+ 水」の供給事業であるため、需要家の水道コスト削 減になる。

引渡 所有

建設会社

廃熱供給契約

長 所
短 所
水による顕熱 蓄熱材に関 し ・熱媒に水を使うため 入手が容 易であり、また ・比較的蓄熱容量が小さい方式て安全且つ無 害である。
・
温度レベル が一 定ではない

熱源事業者(下水処理場、清掃工場etc)

需要家

地域熱供給
事業者

図 8 オフライン熱供給による事業スキームイメージ

都市に賦存する未利用廃熱の有効活用に寄与するオフライン熱供給に関連するビジネスは未だ黎明期である。
オフライン熱供給の普及に従い、都市の熱管理や交通管理の手法についても新たな指針が必要とされている。
従って今後、社会システム全体としてこの技術を包括していくべきか、検討する必要があると思われる。

ン熱供給事業者を提案する。
【参考資料】(地域におけるヒートバランス調整役)

1）
資源エネルギー庁「平成 16 年度地域における工場等廃熱の高オフライン熱供給熱事業者は地域におけるヒートバランスの調整役として役目を担っている。清掃工場や下水度活用に関する実現可能性調査」
2005.3

処理場といった廃熱発生施設(熱源保有施設)における未利用廃熱賦存量と近隣施設の熱需要のバランス分析から、オフライン熱供給事業に最適なサイトを選定し事業を実

2）(財)ECCJ「工場群の排熱実態調査研究要約集」

施することによって、地域における省エネルギー化に寄与する。

る熱供給の PFI 事業化マニュアル」2006.3

3）
経済産業省産業政策局「廃棄物発電廃熱のオフライン方式によ

4）三機工業 HP(設備投資の考え方)
オフライン熱供給事業者は、オフライン熱供給設備一

http://www.sanki.co.jp/news/press/contents̲69.html

式の資金調達から、設計・建設・維持管理・運営を引き受ける。この場合、熱源施設の新規建設時・更新時であ5）(財)エンジニアリング振興協会「平成 17 年度民間資金活用等経れば、それら設備投資額の一部として熱供給設備費用の組込や、設備会社や建設会社等からの出資により、付帯設備としてオフライン熱供給設備を建設することが考え

2006.36

経済産業省産業政策局は、「廃棄物発電廃熱のオフライン方式による熱供給のPFI事業化マニュアル」の中で、PFI事業スキームによるオフライン熱供給実施へ向けた手順を整理しているBest Value vol.13 2006.11 VMI©

済政策推進「併設型熱供給施設における PFI 導入可能性事業」

6）
花木啓祐「都市環境論」
2004.5