関東森林研究論 文67-1(2016)

木質バイオマスによる熱供給の可能性について
Study on the possibility of heat supply by wood biomass
久保山裕史＊１・柳田高志＊１・吉田貴紘＊１
Hirofumi KUBOYAMA＊１, Takashi YANAGIDA＊１and Takahiro YOSHIDA＊１＊１

森林総合研究所

Forestry and Forest Products Research Institute, 1 Matsunosato, Tsukuba, Ibaraki, 305-8687

要旨：中小規模の木質バイオマス発電事業の場合、熱電併給を行うことによって経済性を高められるが、その実現には化石燃料による熱利用をバイオマスで代替する必要がある。そこで本研究では、岩手県奥州市においてアンケート調査を実施し、地域の熱需要を把握することによって、熱電併給事業の実行可能性について検討した。調査は、市が持つ企業情報や市内の病院、滞在型福祉施設、ホテル・旅館のリストの中から規模の大きなもの 160 カ所を対象に調査票を配布し、64 の施設から回答を得た。調査内容は、施設の概要、使用エネルギーと用途、中･大型熱源機の台数･用途、バイオマス利用に対する意向、月別・燃料別化石エネルギー消費量である。アンケート調査の結果から、バイオマス利用を実現するためには、エネルギーの従量単価を 30％程度安くし、接続コストを安価にする必要があることが明らかとなった。また、平均熱負荷の推計から、バイオマスによって代替可能な熱需要が多数存在することが明らかとなったが、熱需要は集約してもそれほど大きくないことから、熱電併給事業は1000kW 以下の発電規模とすることが適当であるという結果となった。
キーワード：木質バイオマスエネルギー利用、熱需要、熱供給、熱電併給、化石燃料多量消費事業体
Abstract: Under the Feed-in-tariff system, wood biomass power production has been expanded. However, it is important touse both electricity and heat in case of smaller wood power plant. To realize spreading such CHP system, study about heat
demand is very important. Therefore, we estimated heat demand by questionnaire survey by which we collected general
information on business, intention for biomass energy utilization and fossil fuel consumption from enterprises such as factories,
hospitals and hotels. We sent 160 questionnaires and received 64 answers. By aggregating them, we found that the enterprises
preferred cheaper price of biomass energy than that of fossil fuel. From the view point of average heat load, for many enterprises
fossil fuel could be substituted by wood biomass. However, aggregated average heat load was not large enough to develop
wood biomass CHP of power output 2000kW.
Keywords: wood biomass energy, heat demand, heat supply, combined heat and power, fossil fuel consuming enterprise

上村ら（９）の研究など、研究成果が蓄積されつつある。

Ⅰ はじめに我が国における木質バイオマスのエネルギー利用は、

こうした中、2012 年に開始された再生可能エネルギ

戦前･戦後には盛んであったが、エネルギー革命によっーの固定価格買取制度（FIT）の下で、林地残材や低質て石油やガスに代替されたため、議論されなくなった。

丸太を利用して発電した電力が 32 円/kWh という有利

しかし、1997 年の京都議定書締結以降、地球温暖化防な価格で買い取られることになり、各地で 5,700kW 前止対策の一つとなり、関連研究が再開されることとなっ後の比較的規模の大きな発電施設が稼働するあるいはた。2003 年には、新エネ等電気利用法（RPS）法が施建設中となっている（７）。そうした施設では、７～10行され、発電利用が拡大した。
これに対して、久保山（５）

万㎥という膨大な燃料を必要とするため、燃料集荷コスは、発電よりも熱利用の経済性が高いことを明らかにしトの上昇が懸念されている。

た。関連して、小池（４）や相川（１）、熊崎ら（６）

これに対して、中小規模の木質バイオマス発電事業のなど多くの研究者が熱利用の重要性を指摘している。

普及に向けて、2015 年に FIT の制度変更が行われ、発この他にも、森林バイオマスの供給ポテンシャルに関電規模 2,000kW 未満の施設からの電力買取り価格がする、Kamimura et al.（３）や、低コスト供給に関す40 円/kWh に引き上げられた。これに対し、柳田ら（１る吉岡（１１）の研究、乾燥に関する藤原ら（２）、寺０） の「木質バイオマス発電事業採算性評価ツール」

岡ら（８）の研究、さらには、早生ヤナギ造林に関するを用いて、中小規模施設の経済性評価を行ったところ、－ 37 －(2016 年 3 月 8 日受理)

燃料価格が安ければ高い内部収益率が得られるものの、った。まず、消費熱量の合計 Q（kWh）を次に示した変わずかに上昇するだけで赤字に転落するなど、経済性に換係数を用いて計算した：ガス 266 円/㎥、12.5kWh/㎥、問題があることが示唆された。一方、中小規模のプラン

Ａ重油 88.6 円/L、10.2kWh/L、灯油 106 円/L、9.6 kWh

トであっても、熱電併給を行えば経済性を高められると/L、LPG642.4 円/㎥、12.8kWh/㎥。なお、ガスの価格考えられることから、本論では、地域において熱電併給は水沢ガスの料金 C（2015 年 10 月現在）
、A 重油の価事業を展開する際に不可欠である、木質バイオマスで代格は石油情報センターの産業用価格（軽油・A 重油）大替可能な熱需要について検討を行った。

型ローリー納入価格の 2014 年平均、灯油価格は同じく石油情報センターの民生用灯油（給油所以外）2014 年

Ⅱ データと方法

平均、LPG については液化石油（LP）ガス速報の毎月

木質バイオマスエネルギー利用が盛んな岩手県の奥調査 50 ㎥(2015 年 7 月平均)を用いた。

州市を調査地域とした（図１）。同市は、人口 12.5 万人、次に、年間営業時間 T を、営業日数 N と営業時間 k

土地面積は約 10 万 ha であり、このうち 56％が森林との積から求め、Q（kWh）を T で割ることによって平均なっている。

熱利用負荷 D（kW）を計算した。
3 つめに、熱需要の集計を GIS（ArcGIS）を用いて行った。まず、回答事業体の住所から地図上にポイントデータを作成した。各ポイントを中心として発生させる円（バッファー）の半径については、オーストリアにおける調査から、送熱パイプの長さ当たりの D は１kW/m以上が望ましいとされていたことや、奥州市において Dが 1,000kW 以上の事業体はわずかであったことなどから 500m とした。次に、バッファーの中に含まれる D

図－１.奥州市（黒枠）における回答企業（黒点）の合計 DH（kW）を算出した。

Fig.1 Responding companies in Oshu city
熱需要の推計にあたって、市役所の協力によりアンケートを実施し、熱エネルギー消費に関するデータを収集した。調査対象は、同市企業振興課の「ものづくり企業情報」を活用し、従業員数（パート含む）20 以上の企
業 115 件、ネット検索等によって収集した市内の滞在型施設（温泉施設全件と客室が 20 以上あるホテル）20件、病院９件、介護施設 16 件の合計 160 カ所を選定し、2015 年 7 月に調査票の配布を行った。その結果、64 カ所の事業体から回答を得た（回収率 40％）。
主な調査項目は、施設の概要（名称、場所、施設の種Ⅲ 結果と考察
１．
アンケートの集計結果 アンケートに回答した事
業体の内訳は、工場 62％、老人福祉施設 16％、ホテル・旅館等 12％、病院５％、その他５％であった。主な熱関連施設の保有状況については、図２に示したとおり、温水利用の大きな大浴場が 18 カ所ある。一方で、蒸気利用設備が 19 カ所存在することが明らかとなった。洗浄等に蒸気をそのまま利用する場合には、事業体の敷地内あるいは隣地にバイオマスプラントを設置する必要が出てくるが、蒸気だけを利用している施設は少なかっ

類、施設内の施設･設備、営業日数・時間）、使用している中大型熱源機について（熱源機ごとの台数、使用燃料、使用用途）、施設におけるエネルギー利用の今後について（地域熱供給への加入条件、従量単価条件）、月別エネルギー使用量（ガス、ＬＰＧ、Ａ重油、灯油）である。
得られたデータを用いて、３つの解析を行った。１つめは、アンケートの質問項目ごとに集計を行い、熱利用状況の分析や熱利用事業体の木質バイオマスエネルギ
ー導入の可能性に対する意向を件数の集計によって明
図－２．主な熱関連設備の保有状況

らかにした。
２つめに、各事業体ごとに平均熱利用負荷の推計を行－ 38 －

Fig.2 Number of introduced heat device

関東森林研究 67-1(2016)

たので、温水による熱供給は可能と判断した。回答事業検討できない」と回答した事業体によって選択されてお体の消費エネルギーを使用燃料ごとに集計したところ、り、導入コストが高額になると考えていた）。

A 重油 70％、灯油 18％、LPG８％、ガス４％となっていた。この結果は、価格の安価な A 重油が一般的に利用されていることを示している。なお、表１に示したように、主にボイラーを用いて暖房や給湯に利用している事業体が多く、暖房・給湯は、送熱パイプを用いた熱利用に最も適していることから、木質バイオマスのエネルギー利用に有望な地域であると考えられる。
木質バイオマスエネルギーの導入条件に関する集計
結果は、図３の通りとなった（複数回答）。省エネボイラーを導入した直後、代替できない熱利用である等の理由からバイオマス利用を「検討できない」と回答した事

図－４．導入を考慮する従量単価

業体も 13 カ所あったが、多くの事業体は導入に好意的

Fig.4 Acceptable heat price for wood biomassであった。
導入条件のうち、最も多かったのは「光熱費が安くなる」であり、２番目に「接続費用があまりかからない」

２．
平均熱利用負荷の推計 推計された平均熱負荷を集計したところ、平均熱負荷が 50kW を越す事業体数は 41 カ所であった（表２）。ただし、熱需要が昼間のみ（８時間程度）の場合、プラントの設備利用率が低くなるため、設備コストの高いバイオマス利用は化石燃料に対抗するのは困難と考えられる。
そこで、上記の中から、熱利用（ボイラー稼働）が 12時間以上の施設を抽出したところ、26 事業体が該当した。このうち、生チップ対応の中大型ボイラーを導入できると考えられる平均熱負荷が 500kW を超えている事
業体数は９カ所存在することが明らかとなった。さらに、単独で熱電併給施設が導入できる可能性があると考え

図－３．木質バイオマスエネルギー導入の条件
Fig.3 Conditions for utilization of wood biomass
が多く、「メンテナンスが簡単」も 28 カ所が選択しており、経済性が重視されていることを示す結果となった。
光熱費に関連して、どの程度従量単価（円/kWh）が安ければ導入を考えるかについて質問したところ、図４に示したように 30％安ければほとんどの事業体が受入れ可能であるという結果となった（「その他」の多くは、

表－２．平均熱負荷の分布状況
Table 2 Distribution of average heat load
平均熱負荷(kW）

うち営業等12時間以上

事業体数～50

187～100

124～500

1813～1000

861000～33

表－１．熱源機の利用状況

不明

50

Table 1 Number of utilized heat device

合計6433－ 39 －られる平均熱負荷が 1,000kW を超える事業体数は、３度とすれば、 熱出力は 1,000kW 前後となるので、３つカ所存在することが明らかとなった。ちなみに、最大のの地区では、熱電併給事業が実行可能であると考えられ平均熱負荷は 1,112kW であったが、こうした負荷量のる。ただし、冬場と夏場の需要の差が大きな事業体が多中には温水供給で代替できない直接加熱等のエネルギいことから、年間を通じた総合効率向上に向けた取り組ー量も含まれることから、多少割り引いて考える必要がみが必要となろう。

ある。
謝辞
３．熱需要の集計 近接する事業体を送熱パイプで結本研究は、岩手県奥州市から受託した「木質バイオマス合し、熱需要を集約できるかどうかを判断するために、発電施設に対する燃料供給量予測と事業採算性評価手熱負荷が安定してあると考えられる前節の 33 事業体を法の開発」事業の下で実施された。市役所の高橋秀和氏

対象に、500m のバッファーを発生させ、その中に含まをはじめ、奥州市の皆さんに御礼申し上げる。

れる事業体の平均熱負荷を集計した。その結果、合計の平均熱負荷 DH が 500m の送熱パイプの埋設に妥当と参考文献考えられる 500kW 以上となったバッファー数は 11 カ（１）相川高信（2014）木質バイオマス事業 林業地域所となった。また、熱電併給実施の可能性が高いと考えが成功する条件とは何か．全国林業改良普及協会，東京：

られる合計の平均熱負荷が 1,000kW 以上となったもの

144pp

は４カ所であった。ただし、同一の事業体を含むバッフ（２）藤原まや・岩岡正博・松本武・猪俣雄太・村瀬絵

ァーの重複を考慮すると、２つのバッファーは同一地域

美・牧玄（2015）通気型フレコン内部における枝条チッと考えられたことから、熱電併給の可能性が高い地区はプの乾燥特性と含水率変化モデルの構築．森林利用学会

３つあるという結果となった。なお、最大の合計平均熱誌 60(4)：145-152

負荷量は 1,630kW であり、それを除いた２つの地区の（３）Kamimura, K., Kuboyama, H., Yamamoto, K.
（2011）Wood biomass supply costs and potential forbiomass energy plants in Japan. Biomass andBioenergy 36: 107–115（４）小池浩一郎（2014）地域で活かす森林エネルギー，合計平均熱負荷量は 1,200kW 以下であった。
Ⅳ まとめ
調査対象とした岩手県奥州市では、A 重油や灯油を消グリーン・パワー．2014 年 1 月号～12 月号

費している事業体が多く、その用途も暖房･給湯利用が（５）久保山裕史（2008）木質バイオマス利用の現状と多いことから木質バイオマスによる代替可能性は高い

利用拡大方向について．山林№1486：25-33．と考えられる。化石燃料の代替を実現するためには、エ（６）熊崎実，沢辺攻（著，監修）（2013）木質資源とネルギーの従量単価を 30％程度安くする必要があるとことん活用読本: 薪、チップ、ペレットで燃料、冷暖房、同時に、熱供給システムへの接続コストを安価にする必発電．農山漁村文化協会，東京：164pp要があることが明らかとなった。

（７）資源エネルギー庁（2015）固定価格買取制度情報

個別の事業体の平均熱負荷は、1,000kW 以上の大き

公開用ウェブサイト

な需要が 12 時間以上安定しているものは３件と少なく、（８）寺岡行雄，合志知浩（2011）野外乾燥時期の違い

単体で熱電併給事業が可能と考えられる施設は限られとビニルシート被覆によるスギ枝条の乾燥過程．日本森るという結果となった。一方、チップボイラーによる熱林学会誌 93：262-269

利用に適した 50kW を超える安定した熱需要のある事（９）上村章・原山尚徳・北岡哲（2012）バイオマス造業体の数は 41 件に上り、木質バイオマスエネルギー利林樹種ヤナギの低コスト高収穫のための施策．北方森林用の地域展開の可能性は非常に高いと考えられる。

研究 Vol60：21-22

個別事業体から送熱パイプを延ばして熱需要集約を（１０）柳田高志・吉田貴紘・久保山裕史・陣川雅樹

行った場合、安定した熱需要が 1MW 以上ある地区は３（2015） 再生可能エネルギー固定価格買取制度を利用つあることが明らかとなった。このうち、最も負荷の大した木質バイオマス発電事業における原料調達価格ときい地区は 1,630kW であったが、発電規模 2,000kW 程損益分岐点の関係．日本エネルギー学会誌 94(3)：度の熱電併給事業を行うには、4,000kW 前後の熱需要（１１）吉岡拓如（2012）森林バイオマス収穫システムが必要であることから、発電規模の引き下げを検討するの低コスト化に向けて．森林利用学会誌 Vol27(3)：153-必要があると考えられる。なお、発電規模を 500kW 程

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