三菱重工技報 Vol.54 No.1 (2017) M‐FET 特集

製 品 紹 介55

高効率分散型発電装置の開発と高付加価値エネルギーソリューションへの取組み
Development of the High Efficiency Dispersed Power System andEfforts of High-value-added Energy Management Solution

三 菱 重 工 エンジン&ターボチャージャ
株式会社
エンジン・エナジー事 業 部 営 業 部
発 電 システムエンジン課

2014 年４月に閣議決定されたエネルギー基本計画では，天然ガスによる発電コストは一次エネルギー構造においてベースロード電源（注１）の次に安価であり，電力需要の動向に応じて出力を機動的に調整できる“ミドル電源”として重要な位置づけとなっている。
また資源エネルギー庁の 2015 年７月の長期エネルギー需給見通しでは，2030 年度の電源構成においてコージェネレーションが占める割合は電力比で 2013 年の約６％から約 11％に増加し，1190 億 kWh 程度の導入量と数値化されている。コージェネレーションの需要動向はエネルギーの面的利用や電力取引市場の活性化などで増加傾向にある。他方で太陽光，風力といった再生可能エネルギーは温室効果ガスを排出せず，国内で生産できることから，重要な国産エネルギーであるとしながらも現時点では安定供給面，コスト面で様々な課題が存在する。しかし今後も再生可能エネルギーの導入は積極的に推進していくとしており，安定供給を補うために系統の周波数調整予備力としても分散型電源がクローズアップされ，高効率ガスコージェネレーションシステ
ムの重要性はますます大きくなってきている。
（注１）安定的に発電することができ，昼夜を問わず継続的に稼働ができる電源で原子力，石炭火力，地熱，一般水力等にて発電した電源を指す。

|1. 高効率分散型発電装置 最新鋭機
三菱重工エンジン＆ターボチャージャ（株）（以下，当社）製ガスエンジンは発電出力 1 500kW
以下では GSR シリーズ，発電出力 3 650～5 750kW は KU シリーズをラインナップとしている。また，エンジン（GSR）と発電機及び，熱回収に必要な機器をパッケージングした高効率ガスエンジンコージェネレーションシステム SGP シリーズをラインナップとしている。近年では 2013 年に発電出力1000kW の SGP M1000（GS16R2-PTK，発電効率 42.3％，総合効率 78.5％）（図１）を東京ガス(株)と，2015 年には発電出力 450kW の SGP M450（GS6R2-PTK，発電効率 42.0％，総合効率81.5％）（図２）を東邦ガス(株)と共同開発にて市場投入し，容量別で国内トップランナーとして高い評価を得ている。諸元を（表１）に示す。国のエネルギー基本計画を達成すべく，またお客様満足度を向上するため，下記の共通コンセプトを掲げて日々挑戦している。
1) 世界最高クラスの発電効率・総合効率を目指す。
2) イニシャルコスト・ランニングコストの低減を目指す。

三菱重工技報 Vol.54 No.1 (2017)

56

図１ SGP M1000 外観図

図２ SGP M450 外観図
表１ SGP M1000,M450 諸元表

パッケージ型式―

SGP M1000-S

SGP M1000-W SGP M1000-S-1S

コージェネ仕様―

蒸気・温水回収

全温水回収

SGP M450-S

SGP M450-W

蒸気・温水回収 蒸気・温水回収

全温水回収

エンジン型式―GS16R2-PTK

GS6R2-PTK

エンジン回転数

min-1

１000

１200

発電出力

kW１000

450

周波数

Hz

5060

*1NOx (O2＝０％)ppm

発電効率*2％

42.3

200

42.3

42.4

42.0

42.0

蒸気回収効率％

17.3

―

17.3

17.5

―

450

200

温水回収効率％

18.9

33.9

14.0

21.0

39.5

総合効率％

78.5

76.2

73.7

80.5

81.5

m

15.0

12.6

14.0

7.5

6.5

長さ
概略外形寸法

幅m

3.3

3.0

3.0

2.9

2.4

高さ

m

4.6

4.6

4.8

4.04.2*1：脱硝装置を標準で装備（他型式はオプション）*2：ISO3046 標準状態

|2. 相模原製作所のコージェネレーションシステム
当社相模原製作所では 2011 年３月の東日本大震災において実際に４回の計画停電及び，操業停止を経験したことを踏まえて，同年 12 月に BCP（Business Continuity Planning）強化のために発電出力 1 500kW ガスエンジン発電設備６台による第５発電所を増設した。2012 年～2014 年にはコージェネレーション化を完了させ（図３），本設備導入により工場内で消費する一次エネルギー（電力費・燃料費）の大幅削減を達成した（図４）。また，本製作所をモデルプラントとして多くのお客様に御見学頂いており，好評を得ているとともに実商談へと繋げている。

図３ 第５発電所コージェネレーションシステム

図４ 設備導入による電力費・燃料費の削減推移

三菱重工技報 Vol.54 No.1 (2017)57|3. 高付加価値エネルギーソリューション
3.1 エネルギーマネジメントシステム（EMS）の導入
相模原製作所では工場デマンド（電気・蒸気・冷暖房）に対応するため，従来から自家発電設備・ガス焚冷凍機・蒸気ボイラ・コンプレッサー等のユーティリティ設備を複数有している。第５発電所のコージェネレーション化も相まってエネルギーコストを最小にするためには，日々どのように発電設備やユーティリティ設備を運用するべきか，人間がリアルタイムに判断するのは至難の業となって来た。本問題を解決するために 2014 年から EMS の導入を開始した（図５）。各種設備のリアルタイムデータ収集と需要予測（電気・蒸気・熱）から工場デマンドを満たしつつエネルギーコスト又は CO2 排出量の削減等を目標とした各設備の最適運転計画を自動作成して運用を行っている。将来的には自動発停制御へと繋げるべく，システムの検証を継続している。

図５ エネルギーマネジメントシステム

3.2 デマンドレスポンス（DR）（注２）実証
電力自由化により今後増加すると予想される調整力市場への対応として 2014 年度から毎年，DR に関する実証試験を行ってきた。2016 年度は第２発電所から第４発電所までを自動発停化し，アグリゲータからの需要抑制指令を受けてから 10 分以内に発電を開始して 30 分同時同量制
御にて受電電力の抑制を達成した。DR システム図を（図６）に，実証例を（図７）に示す。2017 年度からは本格的に調整力市場がスタートするため，実契約を結んで対応していく計画である。

図６ DR システム図

図７ デマンドレスポンス実証例

三菱重工技報 Vol.54 No.1 (2017)

58（注２）電力ピーク時間帯や系統信頼性の低下時において電気料金の設定や報酬の支払いに応じて需要家側が電力消費を抑制するようにする契約，又は仕組み。アグリゲータ（仲介システム業者）からの要請に応じて，節電や自家発電機を起動することなどで購入電力を抑制する。

|4. 今後の展開
高効率分散型発電装置の更なる性能向上・コストダウンを継続するとともに，自社にて日々培っている設備の最適運用のノウハウやエネルギーマネジメント技術を駆使して，お客様が直面するエネルギーの様々な課題に対してソリューション提案を実施していく。DR は当初は需要逼迫時の緊急電源（調整電力）が主目的と捉えられていたが，起動時間の早いディーゼル及び，ガスエンジン発電設備を発電することによる DR 対応は冒頭に記述した系統周波数調整予備力（アンシラリーサービス市場）（注３）としての意義も増してきている。また，普段稼働していない潜在的な発電設備の有効利用方法としても期待できる取組みである。将来のネガワット市場（注４），アンシラリーサービス市場に備えて今後も検証とブラッシュアップを継続していく。さらに，これらの検証結果を踏まえ，分散電源のエネルギーマネジメント技術をコア・コンピタンスとした VPP（Virtual PowerPlant）事業への展開にも適用可能である（図８）。

図８ ＥＭＳによるＶＰＰ事業構想（注３）電力系統の周波数を一定に維持したり，事故に備えて即時に電力を補給するサービス等を売買できる取引市場のことを指す。現状は大手電力会社が担保しているが，発送電分離が進めば検討すべき課題として注目されている。
（注４）需要抑制量（ネガワット量）を発電した電力量と同様に一般送配電事業者が行う電力量調整供給の対象とみなして売買できる取引市場のことで 2017 年度頃創設予定。