2020年度「地域内エコシステム」サポート事業
木質バイオマス熱利用・熱電併給効率化実態調査
成果報告会
2021年３月5日
一般社団法人

日本木質バイオマスエネルギー協会

1本日の報告内容

熱利活用施設の運営状況
トラブル事例から学ぶ運営改善のヒント
安定稼働の実現に向けた事業のあるべき姿

2熱利活用施設の運営状況

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木質バイオマス熱利用設備導入状況

2014年までは、林野庁木材利用課調べ。林野庁 令和元年度「木質バイオマスエネルギー利用動向調査」に基づき、JWBA作成

 木質バイオマス熱利用の普及については、既に10年以上に渡って取り組まれていますが、2014年ごろから木質ボイラー導入数は頭打ちとなり、近年2,000基前後で推移しています。
 当協会が継続的に実施している木質バイオマス熱等面的供給実態調査事業等における技術ヒアリン
グでも、木質バイオマス熱利用関係者から事業採算性や利便性、安定稼動に関する技術面の課題が多く挙げられています。
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調査の目的本事業では、今後の木質バイオマスエネルギー熱利用の効果的な導入拡大のため、先行事例の調査・分析を通じて技術面・事業採算性面の課題を明確化を行い、トラブルの把握と原因分析を行います。
また、トラブル状況を踏まえ、その根本的原因としてみこまれる技術的課題を整理し、木質バイオマス熱利用の標準的な技術のあり方の検討に生かします。

5木質バイオマス熱利用施設の運営状況についての調査【実施した調査の流れ】① アンケート調査
対象：バイオマスボイラーを導入した60か所
選定方法：弊社社内資料より、燃料種・メーカー・機種・施設種類に配慮して選定※チップボイラー40か所、ペレットと薪ボイラーを20か所
聞き取り内容：右表①を参照
実施期間：2020年8月7日～9月30日②トラブル内容の分析・課題整理③ 実地調査対象：課題に適した施設5か所
聞き取り内容：右表②を参照
実施期間：2020年10月30日～12月1日④ボイラーメーカーヒアリング（T社・W社）⑤調査取りまとめ【アンケートの聞き取り内容の概要】
項目聞き取り内容①事業の経緯・事業目的、経緯②導入効果

・導入前後の化石燃料・バイオマス燃料の消費量③利用設備

・バイオマスボイラーの仕様（出力・メーカー）・導入費用と内訳
・稼働実績（稼働時間）
・メンテナンス頻度、管理体④燃料利用

・燃料の種類、使用量・燃料の購入単価⑤事業運営

・1年目、2年目以降それぞれでのトラブル内容と原因、対応策
・ボイラー運営の課題【実地調査で設定した課題の内容】
項目聞き取り内容高いカバー率の実現

化石燃料から木質燃料に効果的に代替するための条件・取り組みの把握

長期間の運用

10年以上の運転により、老朽化による不具合の状況把握

効果的な設計指針

バイオマスボイラーを安定・効果的に運転させるための設計方針の把握

修繕の実態

安定稼働のための修繕の要点、修繕費の実6
態の把握

本日は、チップボイラ―についての調査結果を中心に報告します。
調査協力：森のエネルギー研究所

6チップボイラ―の設備利用率とバイオマスカバー率【チップボイラー(温水・蒸気)における設備利用率とカバー率】

カバー率が高い群（導入効果が高い）

実地調査①
実地調査③
実地調査④

実地調査②

カバー率が低い群（導入効果が低い）

バイオマスカバー率（カバー率）

ボイラー導入後の化石燃料・木質燃料の一次エネル
ギー熱量の合計に対する、木質燃料の割合。
バイオマスカバー率の算出式：
X1：年間の化石燃料使用量
X2：化石燃料の単位当たり熱量
Y1：年間の木質燃料使用量
Y2：木質燃料の単位当たり熱量 より、バイオマスカバー率 ＝ (Y1×Y2)÷(X1×X2＋
Y1×Y2)

設備利用率

年間8,760hに対するフルロード稼働時間の割合(ボイラー出力・燃焼効率・木質燃料消費量・水分(熱量)より算出)

全体的に分散が大きいのですが、業務系施設では設備利用率が低い傾向が見られます。
これは、自治体庁舎など日中の需要が中心で夜間の使用がほとんどない施設が多いためと考えられます。
バイオマスカバー率は、導入先の施設で使用される一次エネルギー（熱）に対する木質燃料の割合を示すもので、本検討ではチップボイラーの対象件数が同等となるよう、カバー率の高い群(80%以上)、低い群(80%未満)に分類し、トラブル発生状況について分析しました。
7木質バイオマス熱利用におけるトラブル発生状況【カバー率が高い群でのトラブル発生頻度（対象施設12件）】

二年目以降は、3種のトラブルに収れん【カバー率が低い群でのトラブル発生頻度（対象施設12件）】

二年目以降も多種のトラブル継続※両群ともトラブルの記載がないものが1件ずつ存在

一年目はどちらの群でも様々なトラブルが発生しているが、カバー率が高い群では二年目以降が「搬送の停止」「燃料調達が不足」「想定外の故障」に収れんしていることが分かります。
一方で、カバー率が低い群では二年目以降も「無駄な運転発生」「燃焼効率低下」「追加運用の発生」などが継続して発生していました。

8

トラブルを誘起した要因について(1年目)

1年目は「発注先の経験不足」「O&Mの経験不足」「燃料水分が不適合」「燃料の規格外・異物混入」により、多種のトラブルが発生しています。
特にカバー率が低い場合では、カバー率が高い群と同様の要因であっても、発生したトラブルの内容がより深刻化（ボイラーメーカーの不備で交換部品が届かない、過乾燥チップで逆火が発生など、停止期間の長期に及ぶ）しています。
また、いずれのケースでも共通していることとして、導入1年目においては、初期不良、特に発注先（EPC）の経験不足が原因と思われるトラブルが発生していました。
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トラブルを誘起した要因について(2年目以降)

2年目以降になると、カバー率が高い群では発生するトラブルの種類が絞られ、また要因も限定されており、1年目で発生した初期不良に対し適切な対応がなされ、一定の学習効果が発揮されたと考えられます。
カバー率が低い群では、「O＆Mの経験不足」「燃料水分が不適合」など、1年目に多い初期不良への課題が残っているうえ、運営ノウハウが成熟しないことでトラブルが継続的に発生していることが分かります。
トラブルが発生すると、その対応のためにマンパワーが割かれることで、現場が疲弊する悪循環が生まれることも背景として考えられるため、こうした状況を脱するために、技術の標準化やトラブル対策などのノウハウの共有による効果が期待されます。
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トラブル事例から学ぶ運営改善のヒント

11アンケートから浮かんだトラブル対応の知恵

アンケート調査、実地調査を通じて、現在、稼働している木質バイオマス熱利用施設から、トラブルの発生状況とその原因と対策について情報を収集しました。その中から、発生頻度の高いトラブルについてご紹介します。
12トラブル事例：搬送系の故障

バイオマス
熱利用施設
運営者Aさん

繊維状のものが搬送装置に絡まって、故障してしまいました・・・

運営のヒント
地域の資源をなるべく活かしたい、という思いはとても素晴らしいのですがボイラや搬送機で扱えるものでないと故障や事故につながってしまいます。
施設が止まってしまっては、燃料を受け入れることもできません。
チッパーの刃が傷むなどのデメリットも理解したうえで、受入れ燃料の条件を設定しましょう。

直接の原因

燃料の原料は竹や枝、樹皮（リングバーカーで剥いた）が多かった

BAD

熱 地域で発生するものを
利 なんでも受け入れる
用
施
納品時
設
検品・確認しない
側
燃料
製
造者

GOOD
性状や形状について燃料に向かない原料について生産側と情報共有
納品時検品、目視確認作ったものをそのまま出荷

出荷前検品の徹底

刃が傷んでもそのまま使うチッパーの刃を研磨する
13

トラブル事例：ボイラトラブル(着火不良）

バイオマス
熱利用施設
運営者Bさん

直接の原因

起動時にボイラが上手く着火しなくなりました

予定通りに清掃をしておけば、緊急対応の修繕費や、バックアップボイラーの追加燃料代、停止による休業などの二次損害も防ぐことができます。

コンサル・

EPC

（設計・メーカー・工事など）

想定より設備利用率が上昇したり、燃料の状態が悪い場合には、部品交換や清掃頻度が予定よりも増える可能性があります。
メーカーと情報共有し、必要に応じメンテナン
ス費用の積み増し、しっかり対応しましょう。

熱利用
施設
側

着火センサーが汚れたことによる誤作動

BAD

GOOD

メンテナンス計画通りにセンサー付近の清掃を実施していなかった

メンテナンス内容を把握し予定作業が実施されているか作業検修時に確認する

使用状況や状態に応じた各装置・部品ごとの清掃について説明が不足していた。

実際の設備の運転状況を考慮し、各装置・部品の清掃頻度・時期をマニュアルに入れる14

トラブル事例：ボイラトラブル(異常燃焼）

バイオマス
熱利用施設運営者Bさん

ボイラーの燃焼温度が低すぎるというエラー表示が出て、停止しました

水分は熱利用施設側だけで対策すると、乾燥装置などエネルギーや金銭的に追加投入が必要になります。
ｻﾌﾟﾗｲﾁｪｰﾝの各段階で、低コストで効果のある水分管理方法を検討し、実施するようにしましょう。

直接の原因

水分が多すぎる燃料が連続して投入されたことによりボイラーが失火した

BAD

GOOD

熱利用
施
設
側

「少しぐらい水分が多くてもなんとかなる」と過信していた

燃料水分の重要性を周知し、管理を徹底する

燃料
製
造者

水分の話は説明されたが、あまり強く言われなかったので、特に水分管理せずにチップを納入していた

納品時検品・確認しない価格と水分を連動させるなど、乾燥チップを高く評価する
水分条件と実際の作業状況に応じた水分管理について検討し、規格内のチップを納入できるような体制をお整える
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トラブル事例：ボイラトラブル(異常燃焼）

バイオマス
熱利用施設
運営者Bさん

ボイラーの燃焼温度が高すぎるというエラー表示が出て、失火しました

乾燥チップボイラ―、生チップ
ボイラーなど、機種ごとに想定する燃料の状態が異なります。
燃料乾燥には時間もコストもかかるため、過度な乾燥は過剰投資やコスト増を招くだ
けでなく、燃焼トラブルや故障の原因となることもあります。

熱利用
施設
側
燃料
製
造
者

直接の原因

水分が低すぎる燃料が連続して投入されたことにより燃焼温度が上昇しすぎた

BAD

GOOD

乾燥すればするほど良いと考え、燃料製造会社に要請したいた

ボイラメーカー、機種によって、使用に適した燃料の条件が異なるため、規格に合った燃料条件で取り扱う

水分が低いと熱量が低くなるから、なるべく乾燥させればよいと言われ、原料を長期間かけて天日乾燥させていたボイラーに応じた燃料規格を確認し水分管理を行う

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トラブル事例：需要側への影響（湯温の異常低下）

温浴施設
管理者Eさん

直接の原因

急に、ボイラーから供給されているお湯の温度が下がってしまった

なんらかの要因でバイオマスボイラー側の燃焼が追い付かず、供給温度が下がってきたときにバックアップボイラーが作動することで予定の供給温度を維持することができます。
しかし、設定温度が高すぎるとBUボイラーが頻繁に稼働してしまい、低すぎると必要な時に作動しません。

BAD

GOOD
メーカーに対し、試運転時基本の温度設定における動作確認を求める

バイオマスボイラー単独の試運転はしていたが、バックアップ用の化石燃料のボイラの動作確認をしていなかったバイオマスボイラーと化石燃料ボイラーの制御温度設定の検討、試運転時の動作チェック

コンサル・

熱
利 制御条件下（温度設定）
用 における動作確認の不足
施
設
側

EPC

（設計・メーカー・工事など）

化石燃料の消費量やバイオマスボイラーの投資回収にも影響しますので、特に稼働初年度は運転状況をしっかり監視しましょう

バックアップ（BU）ボイラが必要な時に稼働していない

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トラブル事例：運転コストの上昇
導入前の試算より、熱利用施設の 電気の消費量が多く、管理者Fさん 電気代が高くなった

直接の原因

需要にかかわらず定格条件で動力ポンプが動いていた

BAD

給湯のみの時期はボイラのオンオフに合わせての運転設定（自動モード）、暖房利用もある場合は手動モードに切り替える

需要の季節変動や日負荷などを設計・施工・メーカーなど関係者で共有し、顧客の状況に合わせてきめ細かい対応を行う

EPC（設計・メーカー・工事など）

連続的に稼働する設備でも、夜間など需要が減る時間帯にも一定条件でポンプが動いてムダな電気代がかかるケースもあります。
ポンプにインバーターを設置することでボイラーの負荷にあわせポンプを制御することで電気代を削減できたケースもあります。

熱 ボイラー非稼働時期があ利 るにもかかわらず、年間用 同じ時間にポンプが稼働施 するような設定になっていた
設
側
コンサル・

このケースでは、夏季など、ボイラーが止まっている時期に電気の消費があったため、状況が明らかになりました。

GOOD

季節による休止時期や運転条件（夜間停止）など、需要側の状況を設計時に考慮しなかった18

トラブル事例：効率の低下

バイオマス
熱利用施設
運営者Cさん

直接の原因

温風ヒーターの熱交換機の熱効率が低下
している

このケースは、築年数が高い施設で、木質バイオマスボイラーに更新したケースです。
改修時に清掃をしていれば熱交換機の故障は起きなかったかもしれません。
老朽化した施設の場合は、入れ替えるボイラー側の検討だけでなく、既存設備についても点検しましょう。

熱利用
施設
側

熱交換機が配管内の錆により故障した

コンサル・

EPC

（設計・メーカー・工事など）

BAD

GOOD

需要側の設備が老朽化しているにもかかわらず、状態を調査をせずボイラー更新だけを予算に入れていた

老朽施設のボイラー更新の場合、新しい設備だけでなく、継続使用する需要側設備の状態を確認し必要に応じ予防保全する

老朽した需要側設備の状態について所掌外と考え確認をせず配管接続した需要側施設への対応について方針確認し、施設全体を考慮した導入を行う。
内部清掃の容易な熱交換機を選択する19

トラブル事例：燃料がサイロに搬入できない
ダンプトラックで配達したら、燃料供給業者チップがサイロに入りDさんません

重機は新たに購入された場合、追加投資が発生します。

サイロが小さく、周辺も狭いため、ダンプの可動域が適合しない

BAD

GOOD

燃料供給会社が使用する車両の種類について把握していなかった搬入に使う車両の情報や導入先の敷地制約についてあまり考慮せず、安易な設計をしていた

特に敷地制約がある場
合には、搬入方法についての情報を設計時に確認する
追加的対策が必要な場
合は、追加予算措置を要請する

EPC（設計・メーカー・工事など）

熱
利用
施
設
側

事前に使用する車両について協議する
敷地制約について有効な方策を検討し必要な予算措置を実施する

コンサル・

実際に、このケースではサイロの手前にチップを下ろして、重機を使ってサイロに投入する方法を実施しました。

直接の原因

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安定稼働の実現に向けた事業のあるべき姿

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運転段階におけるトラブル対応
背景となる事象
直接の原因
トラブルの発生追加設備投資が必要

ハード対策

対 策

設備やシステム上の改善策が「設備導入前」に共有されることで導入後のトラブル対策費や追加投資を回避

手間がかかるが追加の設備投資は不要

ソフト対策
運転従事者や燃料製造者など関係者間での対話・情報共有が不可欠22

設計・施工段階におけるトラブル対応
今回の調査で明らかになったこととして、設計・施工段階にさかのぼるトラブル要因が確認されており、需要先施設全体に目が行き届かない状況や、情報共有の不足、コンサル、設計者、メーカー、施工者等の経験不足という課題があります。
（熱需要に応じた設定がなされていない、既設部分との調整ができていない、内部の錆対策がない、蓄熱層の扱い、ポンプ等の設定に無駄が多いなど）こうした本来、設計・施工段階において十分な対応がなされていれば回避できたトラブルは、運転開始一年目の「初期不良」として調整可能なものだけでなく、長期的な安定稼働に支障をきたす不具合の要因となりかねないもの、改修に大きな費用が掛かるものなど、影響が長期化する懸念があります。

【設計によるトラブル事例】

新設部分既存部分

ポンプ

チップサイロ

投入動線が不適切アンケート

サイロの容量不足

チップ
ボイラー

蓄熱
タンク

輸入品の内部の錆
熱利用事例A

既存配管の異物が混入

利活用事例D

需要先

既存ボイラー

蓄熱タンクが過少

ボイラ非稼働時もポンプが稼働

熱利用事例C

熱利用事例B23

木質バイオマス熱利用技術マニュアルの必要性
コンサル、設計者、メーカー、施工者の経験不足
・既存の化石燃料ボイラーとの運転特性の違いを踏まえた設備選定
・需要施設のシステム全体にわたる統合的な設計
・蓄熱槽の成層など、機能を十分に発揮する設計・配管等のロスが少ない設備設計、周辺機器の制御の設定
・建築設備の基本仕様との矛盾がない設計

木質バイオマス熱利用の効率的なあり方(技術）を標準化

さまざまな業種や用途、地域において導入される木質バイオマス熱利用技術に一定の技術水準を確保
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導入検討における熱利用事業者の役割と責務
熱利用事業者は熱利用というシステムの中核を担う存在
燃料サプライチェーンの構築

法制度

設備メーカー
設計・施工

地域社会

林業・資源生産者

燃料生産者
事業目的
システム全体の運営方針
需要・燃料情報の提示

事業目的
運営方針
利用条件に合致した設備の提案

必要な調達量
条件の提示

地方
行政

供給可能量
条件の提示

供給体制構築に向けた協議

需要・施設運営状況に応じた導入検討

熱事業者

熱需要者
検討のために必要となる需要・運営状況に関する正確な情報の提示

経営目標
事業目的
運営方針
を共有

専門的知見による助言・技術サポート

コンサルタント
専門技術者

地域住民

事業者が主体的に活動し、関係者間と情報共有しながら、最適な事業を組成する
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