（2020年1月号掲載）
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設備システム・事業計画 ○犬山浄水場の常用発電設備等のコージェネ大賞受賞について
愛知県企業庁水道部水道事業課

1 ．はじめにJWRCから、愛知県企業庁犬山浄水場のコージェネ大賞受賞（2018優秀賞）について原稿執筆

また、大賞を受賞したコージェネとあわせて、3.1メガソーラーと浄水汚泥脱水機を一体的にPFI事業で導入したところも本件の特徴であり、これらについても紹介します。の依頼がありました。導入可能性（FS）調査が平成24年度、設計・建設事業が同27・28年度、運転開始が同29年度の事業であり、やや新鮮味はありませんが、当庁でのコージェネ導入の経験が、太陽光発電全国の水道事業体での検討のお役に立てばと思

太陽光発電発電機棟
脱水機棟

い、引き受けることとしました。導入契機を振りケーキヤード棟

返りつつ、現在の運転状況までを記します。
コージェネ大賞は、環境負荷低減に資するコージェネレーションやエネルギーの普及拡大に向けた調査研究などの事業活動を行うコージェネ財団（一般財団法人コージェネレーション・エネルギー
高度利用センター）が、省エネルギー等において優れたコージェネレーションを毎年度表彰するものです。

愛知県犬山浄水場

写真

PFI設計・建設事業完成後の犬山浄水場

2 ．コージェネ導入の動機（ 1 ）非常用自家発電施設の整備受賞対象となったのは、犬山浄水場に導入した

令和元年度も台風や豪雨による災害で、停電にオールガスの常用／非常用兼用の発電・熱供給シよる断水が発生しました。当庁では、かねてよりス テ ム で す。 シ ス テ ム は、LNGを 燃 料 と す る

浄水場の停電対策として重油を燃料とする非常用1,000kW× 6 台のガスエンジンなどにより構成さ自家発電施設（以下、「非発」という。）の整備をれており、常用は 4 台運転で、BOS（ブラックア進めてきました。高圧受電の浄水場は度々停電すウトスタート）時は、全 6 台が同期運転し、商用る経験から整備が先行していましたが、特別高圧電源を喪失しても浄水場を起動することが可能で（以下、「特高」という。）受電の浄水場は長時間す。従来からの商用電源にオールガスの常用発電の停電リスクが低いと考えられてきたため、建設機を加えて電源を二重化したため、浄水場の停電投資全体における相対的な優先順位は低くなってリスクへの備えは格段に向上しました。
「災害に対いました。このため、特高の浄水場では、計装用する高い電源セキュリティを実現した浄水場の事などの蓄電池等は整備していたものの、浄水場全例」として、受賞理由が選考講評で紹介されてい体の動力負荷を賄うだけの非発の整備は先送りにます。非常時に備えて、常用発電機の燃料を浄水なっていました。

場に備蓄する形式（LNGサテライト）を採用した

しかしながら平成23年 3 月11日に発生した東日ことも評価を受けたポイントだと考えています。

本大震災では、広域で長時間の停電が起こりました。このため、当庁では東日本大震災の事例を踏に記します。

まえて、地震などによる停電発生時においても浄水場を継続稼働できるように、特高の浄水場を含む全ての浄水場で非発の整備に取り組んでいくこととなったのです。
（ 2 ）PFIとの関わり

3 ．事業化に向けた検討内容（ 1 ）概要
コージェネは負荷変動へ追随することが苦手で前述のとおり、犬山浄水場及び尾張西部浄水場

す。1,600～1,700kWの導水ポンプが常時 2 台稼働などの特高の浄水場において、非発の整備を進めし、時々 3 台目が起動する犬山浄水場は送水が自ることとなりましたが、この 2 浄水場は、平成14然流下で他に大きな負荷設備はないので、浄水場

年度に実施したFS調査以降に進めてきた排水処の ロード カーブ は 約3,300kWで 一 定、 時々約

理施設PFI事業に関するPFI法の実施プロセス（実5,000kWになります。コージェネが一定量を発電施方針の策定及び特定事業の選定等）に、これかしたり、ピークカットするのに適しています。一ら着手するタイミングでもありました。ただし、方、尾張西部浄水場は、電力需要の変動が大きく、同FS調査において「愛知用水地域（H18～）が 4

コージェネの苦手な負荷変動が生じると分析され浄水場、三河地域（H23～）が 6 浄水場であるこました。このため、尾張西部浄水場ではコージェとに対して、尾張地域は事業対象が 2 浄水場と少ネ導入は見送りました（後に、従来手法で非発がないために、民間資金を活用するPFI事業として整備されています。）。

は、排水処理施設のみでは整備に係る建設資金が犬山浄水場は、コージェネの運転条件に適して小額過ぎる」と指摘されていました。こうした事はいますが、廃熱利用は概ね排水処理における汚情により尾張地域のPFI事業は、排水処理及び非泥の加温に限られると考えられました。脱水ケー発を組み合わせたものとして企画され、その事業キの乾燥や電気事業者のようなコンバインドサイ化の可能性について平成24年度にFS調査を追加

クル発電は、投資回収が困難と試算されたのです。

実施しました。検討にあたっては、この年から始

このため、廃熱量が少なく燃費に優れたガスエンまったFIT（固定価格買取制度）を活用した太陽ジンでFS調査は進みました。これに基づき、後の光発電についても検討することとなりましたが、発注仕様では燃費基準が設定されています。ただ排水処理、非発、太陽光を単に一緒にしても効果し、ガスエンジンはガスタービンと比べると初期が限定的だと考え、非発を常用発電に置き換えて、負荷投入率が低く、前述の導水ポンプをBOSで起常用発電機を軸に、熱で排水処理施設と、電気で動することが難しく、ここが事業化計画立案の難太陽光発電施設との関連を持たせることをFS調査関になりました。燃費に優れたガスエンジン複数の主眼に置きました。浄水場は24時間操業ですが、台で発電システムを構成すると、BOS実現のためこれらの運転が基本的には全て昼間に限られるとに設置台数（発電機の合計出力）が嵩み、導入コころでも相乗効果を発揮できると考えました。

ストが高騰します。ガスタービンだけだと設置台FS調査の結果は「尾張西部浄水場の非発兼常数は少なく済みますが、廃熱の利用先がないこと用発電は可能性がないが、犬山浄水場の非発兼常から、常用で運転すると経済的な損失が生じます。

用発電及び排水処理並びに尾張西部浄水場の排水

そこで、FS調査においては、BOS専用の起動処理をPFIで整備することは可能性があり、犬山用発電機を 1 台設置し、これで導水ポンプ 1 台を浄水場では太陽光発電の整備も可能性がある」と起動した後、遮断器の切り替えによってガスエンいうものでした。商用電源と同等のランニングコジンの常用発電機に負荷を載せ替え、その後に切ストで常用発電機を運用することは、大変難しい

り離した起動用発電機が再度単独で 2 台目の導水と思われたので、FS調査では、この経済性が議ポンプを起動するという機構を捻り出しました論になり、また、前例のないユニークな設備設計が、非発に代えて常用発電機を導入するという企であったため、技術的な検討を重ねました。FS

画の趣旨が分かり難くなり、庁内での評判は芳し

調査から落札者グループの提案書に至るまでを 3くありませんでした。これが後の総合評価方式による入札での標準提案となりますが、入札では、であればこれらの新設が不要と考えました。他に柔軟な運用が可能なガスエンジンだけの構成で、は、高圧連系だと地区の電力需給によって売電が合計出力も少ない非常に優れた提案を受けること難しくなることがありますが、特高ならば、そのができました。民間の優れた技術力を活用する制約から解放されて手堅く事業化計画を立案できPFIの長所が発揮されたと思います。

るという事情もありました。

（ 2 ）コージェネと太陽光FS調査で、既設特高の改造は技術的に可能と常用発電は、電気料金の高い昼間にベースロー判断していました。また、コージェネと太陽光をドで一定運転し、電気料金の安価な夜間はピーク備え、これを自家消費しつつ、不足分は順潮流でカット運転に切り替えることで契約電力を引き下商用電源を受電し、余剰が生じた時は太陽光のみげれば、商用電源と同等のコストで運用が可能と逆潮流で売電するシステムは、関係官庁や電力会

昼間の電力受給パターン
FS調査で試算されました。
（電力需要変動あり）

社に相談したところでは、制度的にはFITが適用また、これに2.5MW程度の太陽光発電を組み可能とのことでした。ただし、大変ユニークな機合わせると、太陽光発電を自家消費しつつ、余剰構のため、担当者としては、一抹の不安がありま

商用受電
浄水場消費電力
太陽光発電を売電
は既設の特高受電設備を逆潮流させて売電が可能
約 3,300kW
太陽光発電を場内消費と試算しました。

蒸気発電とガスエンジン発電を行い、自家消費し商用受電

昼間の電力受給パターン
ベースロード運転（電力需要変動あり）
常用発電機から給電

浄水場消費電力
約 3,300kW

た後の余剰電力は、蒸気発電のみを電気事業者へ

約 3,000kW

逆潮流で売電しているとの噂を耳にしました。そ商用受電

太陽光発電を売電
太陽光発電を場内消費した。FS調査終盤で、名古屋市鳴海工場（ごみ焼却施設（ガス化溶融炉））がPFI事業者提案で約 300kW

約 300kWの後、幸運にも鳴海工場で施設を見学することができました。企画していた機構とそっくりで大変驚きましたが、実現事例を確認できたことから、以降は自信を持って入札に向けた準備を進めるこ

商用受電
ベースロード運転
常用発電機から給電 約 3,000kWとができました。
（ 3 ）LNGサテライト
常用発電は、当初、導管でガス供給を受けることでFS調査を進めました。まず、非常時に備えて、都市ガスを浄水場に備蓄することを試算しました

夜間の電力受給パターン（電力需要変動あり）

が、自前で巨大なガスホルダーの設置が必要にな常用発電機から給電
約 1,900kW

り、現実的でないことがすぐに判りました。そこ
で、都市ガス事業者の防災対策を伺いましたが、十分に納得できるものだったので調査を続行しま

浄水場消費電力
約 3,300kWした。ところが、犬山浄水場周辺は都市ガス未普及地区で、新たに2.3kmのガス管敷設が必要で、夜間の電力受給パターン
商用受電 約 3,300kW（電力需要変動あり）

常用発電機から給電
約 1,900kW

鉄道軌道の横断が不可避のため、実現には相当な年数が必要であることが判りました。そんなときに、偶然LNG（液化天然ガス）で燃料を調達する手段があることを知りました。天然ガスをマイ

浄水場消費電力
約 3,300kW

ナス162度まで冷却して液体にしたLNGは、体積太陽光発電を売電専用とすると技術的には容易が600分の 1 になり浄水場で燃料を備蓄することですが、水道施設との電気的な繋がりはなく事業ができます。マイナス162度で燃料を備蓄するた目的があいまいになります。大型の太陽光発電所

めには、冷却設備などが必要になるのではないかを建設するには、特高で連系するための引き込みと心配しましたが、極めて断熱性の高い屋外設置

鉄塔や昇圧変電所の新設が必要ですが、余剰売電型のタンクであるため、冷却設備は不要であり、商用受電

約 3,300kW

真夏であっても自然気化による損失はごく僅かでめです。年に一度の入札としたため、LNGの輸す。今年は、日本がLNGの輸入を始めてから50入価格に連動させて、毎月、購入単価を調整する年になります。LNGは半世紀に渡り実用されて契約としました。輸入価格がストレートに反映さきた技術と運用の実績があるのです。県内でLNGれるので、電力料金の燃料調整単価より大きな変サテライトを採用している事業所を見学するなど動幅になりますが、年単位でみれば概ね一致したして、PFI事業で民間に管理委託する形式であれ値動きとなっています。

ば、浄水場にも安心して導入が可能な技術だと理

犬山浄水場の事例から、自家発電機を設置して、解しました。およそ 9 割を中東に頼っている原油

商用電源より低コストで運用しつつ、差額で導入と異なり、東南アジアやオーストラリアなど世界コストを回収することは大変難しいと感じます

各地に調達先が分散しているLNGは、燃料調達が、非発を設置・更新する計画があるならば、このリスクが低く、SOX（硫黄酸化物）やNOX（窒れを常用／非常用兼用の発電機にして、商用電源素酸化物）の排出量が石油や石炭に比べて格段にと同等のコストで運用することは可能性があると低いこともあって、LNGでFS調査を進めること思います。大きな災害を考えたとき、常用発電機と し ま し た。 現 在、 犬 山 浄 水 場 に は、80kLのには長期間の連続運転が可能という非発にはない

LNG貯蔵タンク 2 基が設置されています。

長所があります。また、日常起こり得る短時間の停電に対しては、復電時に再度、停電しなくても4 ．運転状況、まとめ
これまでの運用実績はLNG燃料の購入費用と使用電力量の減が概ね同等、コージェネ運転管理よいというメリットもあります。

5 ．最後に費とピークカットによる契約電力の引き下げ額が幾多の幸運が重なり、犬山浄水場にはガスコー概ね同等であり、経済的に無理をしないでコージェネが導入されました。これまでの運用実績もジェネを導入するという初期の目標は概ね達成し順調です。これらは、ひとえにPFI事業者が民間ています。また、常用発電の廃熱で汚泥を加温す

ならではの高い技術力とスピード感で設計・建設ることで、フィルタープレス式脱水機の能力は20事業を進めたこと、浄水場職員が優秀でPFI工事～30％向上していますし、太陽光発電も概ね予定の監督、工事調整を担いつつ、関連工事もやり遂どおりの発電量です。

げたことに他なりません。20年間に渡るPFIの運LNGの調達は、PFI事業者任せではなく、当庁営・維持管理事業は、始まったばかりで、今後のが直接、調達しています。PFI事業実施方針の公維持管理においてトラブルは付き物と思います

表などを通じて、民間事業者の意見招請を行ったが、関係者で協調して課題に立ち向かってゆくこ

ところ、LNGの価格高騰リスクは公共側で負っとで、これからも安全安心な水道用水の供給に努てほしいとの意見が多く、事業者選定委員会でも力していくことが私たちの使命であると思ってい県がリスク負担することが適当との意見だったたます。