ポストFITの木質バイオマス利用
BIN 第177回研究会
梶山恵司
株式会社 WBエナジー

BERI 株式会社

世界バイオエナジー協会常任理事
東京都千代田区紀尾井町3-32 紀尾井町ヒルズ
電話 03-4405-8088, 03-4405-8089
wbenergy.co.jp
beri.co.jp

2018年9月19日

再生可能エネルギーと木質バイオマスと電力の買取制度（FIT）

2018/9/24

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21世紀のエネルギー問題と再生可能エネルギーの位置づけ
 地球環境問題、CO２

 CO２排出量の削減
 エネルギー効率・省エネルギー
 資源の枯渇 分散型エネルギーシステム
 エネルギー安全保障 地域にメリット

 再生可能エネルギーは、これら問題・課題に対応する21世紀のエネルギー源 中長期的な経済合理性なければ持続可能にはならない
 FITはその手段
 再生可能エネルギーの多様性を活かした利用 太陽光、風力、水力、バイオマス（木質系、ガス化-廃棄物等）
電気、熱 木質バイオマス利用の位置づけは？
2018/9/24

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FITの目的と木質バイオマス

将来の主要エネルギー源・電力としての再生可能エネルギー。
初期の段階で普及拡大をサポート。競争力をつけ、自立につなげる。
木質バイオマスエネルギーも例外ではない。

2018/9/24

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エネルギー政策の出発点としてのエネルギー効率と省エネルギー
エネルギー効率

電力
熱
運輸燃料

省エネルギー
最終エネルギー消費

一次エネルギー発電ロス• 電気をつくる段階での効率化の余地が大きい。
• 電気製品の効率化は大幅に進展。

• 熱をつくる段階での効率化は大幅に進展。
• 消費する段階での効率化の余地は大きい（断熱など）。

バイオマスのポストFITを判断するうえので基準
１．グリッドパリティ
 将来への自立への道筋は？

２．エネルギー効率
 電気は消費する段階での効率化は限界的。発電の段階での効率化の余地が大きい。
 火力はコージェネが世界の潮流。その前提としての小規模分散化。
 バイオマス発電の効率は。

３．地域への貢献
 バイオマスは地域の資源。
 発電事業者のみならず、燃料供給者、ユーザーみながメリットを受けてはじめて持続可能に。

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ドイツのバイオマス発電の推移と再生可能エネルギーに占めるシェア
 FIT導入（2000年）以降、バイオマスは順調に発展。
 電力消費に占める再エネ比率は36％を超える。
 再生可能エネルギーに占めるバイオマス発電の比率は20％。

ドイツのバイオマス発電量の推移
GWh

45,000

ドイツ 再生可能エネルギー電力構成比
2017年
4%,
水力
9%

40,00035,00030,000風力太陽光

25,00018%49%,

20,00015,00010,000

20%,

5,000
2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

0

バイオマス

電力消費に占める再エネ比率36.2％（出所）ドイツ再生可能エネルギー統計2018

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ドイツのバイオマス発電の推移と再生可能エネルギーに占めるシェア
 FIT導入（2000年）以降、バイオマスは順調に発展。
 電力消費に占める再エネ比率は36％を超える。
 再生可能エネルギーに占めるバイオマス発電の比率は20％。
 ただし、2006年以降、木質バイオマスは停滞。2011年以降、新設はほぼゼロ。
 拡大しているのは、家畜ふん尿などの廃棄物系のバイオガス。
ドイツのバイオマス発電量の推移

ドイツ 再生可能エネルギー電力構成比

GWh45,000

2017年

40,000水力
9%,35,00030,0004%,

風力太陽光

25,00018%

20,000

49%,

バイオガス

15,00010,000

木質バイオマス

5,000

5%15%,

木質バイオマス
2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

0

電力消費に占める再エネ比率36.2％

バイオガス（出所）ドイツ再生可能エネルギー統計2018

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ドイツ バイオマス発電の設備投資の推移
 発電の設備投資は大幅に減少（515億円）。
 そのほとんどがバイオガス。

4,500億円

ドイツのバイオマス発電投資額の推移
固形（木質）バイオマス＋バイオガス

4,000
3,500
3,000

バイオガス

2,500
2,000
1,500
1,000
500
02000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017（出所）ドイツ再生可能エネルギー統計（注）1ユーロ＝132円で換算

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ドイツのバイオマス発電の経験結論が出た木質バイオマス発電 欧州の太陽光/風力発電の価格は、5～6円/kWh。風力も大差ない。
 限界コストのかかるバイオマス発電は高止まり。競争力がないことが明らかに。
 ただし、家畜糞尿系の流動体バイオマス（バイオガス）は、廃棄物処理・調整電源としての意義。
ドイツにおける再生可能エネルギー平均落札価格/kWh2018.6

18ユーロセント

円換算（1セント=1.3円）

1614.31412108644.33

5.6

4.73

6.1

20太陽光2018/2/1

風力2018/2/1

バイオマス2017/9/1

出所：Ergebnisse der Ausschreibungsrunde, Bundesnetzagentur

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2000kW以下の木質バイオマス発電
 蒸気ボイラーは小型になればなるほど、効率は低下。
 他方、熱電併給はやりやすくなり、エネルギー効率を引き上げることができる。
 それでも、コスト削減余地は限定的。
 木質ガス化発電であれば、数十～数百kWの発電も可能。熱電併給もやりやすい。
 きわめて良質なチップとその乾燥技術＋地元でのメンテナンス体制が前提。
 将来的なコスト低減の見通しは？
 恩恵を受けるのは発電事業者のみ？
 熱電併給は、やれるところが限られる？
 ムリして発電をやる意義は？
2018/9/24

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バイオマス燃料の基本「ごみを宝に」と木質バイオマス発電の位置づけ

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林地残材・未利用材（切り捨て間伐材）
 林地残材の燃料利用のコストは、残材発生から始まる。
 「未利用材」の燃料利用のコストは、伐採作業から始まる。

林地残材

2018/9/24「未利用材」

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多様な工場残材（形状、水分、バーク混入）

2018/9/24

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発電用ボイラーは低質燃料の受け皿
 大型ボイラーであれば、本来、水分や形状にこだわりなく燃焼可能。
 大型ボイラーは、「ゴミを宝に」の出発点。

ドイツのバイオマス発電用の燃料2018/9/24

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良質な燃料を必要とする日本のバイオマス発電技術
 発電のような大型ボイラーでは、低質な燃料利用が前提だが・・・

5700㎾のバイオマス発電の事例

2018/9/24

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オーストリアの農家のバイオマス利用
暖房・給湯1年分

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地域の総合的なバイオマス利用の視点
 木質バイオマスの原料は、バークなどの低質なものから、切削チップになるものまで様々。
 地域からはこれらがみな出てくるので、これらを総合的に利用できるバイオマス利用のコンセプトが不可欠。
 利用できるのは、良質な切削チップのみということでは、資源の最適利用にほど遠い。
 コスト高の要因。
 地域への貢献にもつながりにくい。

 発電用（蒸気）ボイラーであれば、低質材利用から、小型熱需要は切削チップ（製紙用と異なり、バーク・粉などの混入も可）まで。
 木質ガス化発電は、バーク、粉などの混入のない切削チップを必要。しかも、水分は15％以下。もっとも高品質の燃料を必要。
 木質ガス化発電を導入するのであれば、地域での燃料利用の全体コンセプトをまずは明確にすべき。

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木質バイオマス熱利用の意義

2018/9/24

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ドイツ 木質バイオマス熱利用の設備投資推移
 熱利用の設備投資は安定して推移（1,500億円）。
 発電の3倍の規模。
 木質バイオマス熱利用は、エネルギー効率が高く、燃料代も安い。
 木質バイオマス発電をあえてやる意義は？

4,500
4,000億円

ドイツのバイオマス発電・熱利用 投資額の推移
固形（木質）バイオマス＋流動体バイオマス
バイオマス発電バイオマス熱利用

流動体バイオマス

3,500
3,000
2,500
2,0001,500
1,00050002000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017（出所）ドイツ再生可能エネルギー統計（注）1ユーロ＝132円で換算

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バイオマス熱利用のメリット
 化石燃料を代替、カーボンフリー 燃料代の削減効果• 化石燃料に比べ割安。石油換算で、40～50円/㍑。
• FITはラニングコストへの補助、バイオマス熱利用はイニシャルへの補助。
 長期的な価格安定• 国際市況商品である化石燃料の価格は乱高下。先行きも予測困難。
• 地域から産出される木質チップは、価格も安定。長期的な見通しを立てることが可能。

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使えば使うほど地域が潤う熱利用
 チップ価格は重油より割安で、長期的にも価格が安定。
➔ユーザーのメリット。
 近隣に需要があるため輸送コストが割安。
 発電用の認定材にこだわる必要なし。発電にも、製紙用チップにもならない残材も利用可能。形状にもこだわる必要ない。
➔燃料供給者のメリット。
⇒ 使えば使うほど地域が潤う。
熱・発電・製紙用チップの手取り価格比較
円/トン
12,000

輸送費

10,000
8,000
6,000
4,000
2,000
0
バイオマス熱バイオマス発電製紙（注）チップ工場着価格を一律12,000円と仮定。

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木質バイオマス熱利用の利便性
 欧州では木質バイオマス熱利用は当たり前に普及。
 地域熱供給網の整備も進展。
 使い勝手がよく、効率性の高いシステムを構築。
 バイオマスに限らず、温水利用全体のイノベーションも進展。
 世界最先端の理論・技術が普及。
 日本の温水利用技術は陳腐化。
オーストリア地域熱供給網の整備状況

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欧州と同等の利便性を実現したバイオマス事例

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使い勝手 群馬県中之条町 美郷館オーナーへの取材記事
観光経済新聞2017年4月27日

このチップをオーストリア製KWBバイオマスボイラー2台で燃やします。インターネットを経由して遠隔監視や操作ができるため、高山さんは出張先でもスマホでボイラーを管理しているそうです。あまりにも便利で驚きました。
「初期投資は大変ですが、これまでの灯油や電気代を考えれば、運用にかかるコストは寒い冬季はとんとんですが、暖かくなってきた春は利益が出ています。宿の仲間たちは灯油代の負担で厳しい経営状況に置かれることが多いので、仲間たちにもメリットを話しているんですよ」。
さらに「灯油を燃やすよりも、木材を燃やす。その木材を得るために間引きをする。最終的には森を生き返らせる、そんな仕組みをつくりたい」と、５０年後の森の未来まで語る高山さん。林業の家で生まれ育ち、木の力を知る高山さんならではの言葉です。

2018/9/24

次世代のエネルギーを考える際に、この取り組みはこれから注目されます。高山さんは視察も受け入れています。その際には、美郷館の湯に浸かり、ぜひ、宿泊してください。
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日本の木質バイオマス熱利用の課題と対応

2018/9/24

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頻発するトラブル
１．燃料関係
 対応水分が合わない。
 燃料つまり、けがをする事例も。
 サイロが小さい、使い勝手が悪い、等々。

２．バイオマスボイラー国産技術
 自動クリーニングがない。
 灰処理の面倒さ（灰コンテナの容量、灰の形状）。
 着火に石油。
 遠隔監視がない。
 総合エネルギー効率が低い（ボイラー効率＋動力）。

３．システム設計
 熱負荷変動にボイラーが対応していない。
 過剰な配管。
 巨大なポンプで電気代が数百万円、等々。

2018/9/24

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サイロの容量、投入のしやすさ、つまりにくさポイントをおさえて適切に設計すれば対応できる

2018/9/24

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バイオマスボイラーの技術
熱交換器の自動クリーニングがない「灰トレー」
灰捨て作業が大変「灰受けバケツ」
容量が小さい着火に灯油？

最新のボイラーでは解決
済み「灰」
正常に燃焼すればサラサラのはず

2018/9/24

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システム設計の基本的考えは？
１．バイオマスの能力を十分に引き出せない チップボイラー250kW＋550kWの化石ボイラーの組み合わせ。
 化石ボイラーはバックアップでなく、チップボイラーとセットで稼働するコンセプト？
２．巨大なポンプで電気代・熱損失が大 計26kWの巨大なポンプ容量。ほとんど運転し続けることを前提。
 年間数百万円の電気代＋熱損失。
３．無駄な配管と熱損失
 エネルギー棟から暖房、給湯用配管。
 配管が二重でコスト高＋熱損失。
日本における一般的な設計事例
チップ
ボイラー

250
kW

既存機械室

新設エネルギー棟
2.2kW

7.5kW
熱交換器 7.5kW

3.7kW
3.7kW

kW

化石燃料ボイラー

3.7kW
3.7kW

7.5kW
7.5kW

550
蓄熱
タンク

暖房

熱交換器

1.5kW
貯湯タンク

給湯欧州の最新理論・技術を取り入れたシステム
１．バイオマス100％

 300kWで熱需要をカバー。

 化石ボイラーはバックアップ。稼働は非常時のみ。
２．システム効率の追求
 システム最適化によりポンプ容量は計6.7kW。インバータ制御で必要な時に必要な量だけ供給。
 電気代の抑制＋熱損失の最小化。
３．配管の最適化
 エネルギー棟からは循環温水のみ。給湯は、旧機械室で熱交換して貯湯タンクに。
 無駄な配管の削減。熱損失の最小化。
システム最適化をはかった設計
既存機械室

新設エネルギー棟

暖房

チップボイラー

300
kW

3.7kW
0.75kW

0.75kW
0.75kW

0.75kW

熱交換器

蓄熱
1.5 kWタンク

熱交換器

貯湯タンク

500 化石燃料
kW ボイラー
熱交換器

新旧システムの相違 １ バイオマスカバー率

１．バイオマス100％
 300kWで熱需要をカバー。
 化石ボイラーはバックアップ。稼働は非常時のみ。
従来 従来、日本で普及してきたバイオマスボイラーは、はオンオフ運転ができず、連続して運転し続けるタイプがほとんど。
 このため、バイオマスはベース負荷をカバー。それを超える部分については化石燃料で対応。
新システム
 この種熱需要に対しては、断続運転タイプのボイラーが最適。
 欧州では広く普及。日本への導入も拡大。
 蓄熱タンクとセット。熱負荷変動にも柔軟に対応可能。

【参考】 断続運転と連続運転 構造の違い
断続運転可能タイプ• 熱交換器が縦型で、燃焼炉と一体。
• 内臓小型モーターによる熱交換の自動クリーニング。
• 量産小型で安価。設置工事も容易。
• メンテナンス性に優れる。
• 乾燥チップ利用（40～45％。メーカー、機種により異なる）。

連続運転タイプ• 熱交換器は横置きで、燃焼炉と分離。
• 熱交換器のクリーニングはコンプレッサーを用いる。
• 水分の高いチップを燃焼できる構造にすることが可能。
• 設備は高価だが、低質の燃料に対応するので、燃料代を抑制することができる。

新旧システムの相違 ２ システム効率
２．システム効率の追求
 ポンプは必要最小限。インバータ制御で必要な時に必要な量だけ供給。
 電気代の抑制＋熱損失の最小化。
従来 日本の化石ボイラーでは、ボイラー水の往きと戻りの温度差をあまりとらない設計。
 大容量のポンプで常に大量の熱を循環。熱負荷がないときも、同様。
 不必要に電力を消費＋熱ロスの発生。
新システム
 ボイラー水の往きと戻りの温度差を十分にとる（15℃以上）。
 送れる熱量は、流量ｘ温度差。温度差を大きくとればとるほど、流量は小さくできる、抵抗値も小さくなる⇒ポンプも小さくできる。
 熱負荷が小さいときには、それに見合った量だけ送ればよい。また、熱負荷がないときは送る必要がない。
 インバータ制御＋抵抗値制御の欧州製ポンプにより、最適制御が可能。

【参考】従来システムと新システムの対比
既存機械室新設エネルギー棟
チップ
ボイラー

2.2kW

250
kW

7.5kW
熱交換器 7.5kW

3.7kW
3.7kW

3.7kW
3.7kW

7.5kW
7.5kW

550
kW

蓄熱タンク

化石燃料
ボイラー

熱交換器

ポンプ6台 26.1kW
ポンプ4台

1.5kW

給湯貯湯
タンク

 バイオマスカバー率
 熱損失、電気代
 設備費（ポンプ、配管）

6.7kW

暖房

チップ
ボイラー

300
kW

暖房

3.7kW
0.75kW

0.75kW
0.75kW

0.75kW

熱交換器

蓄熱
1.6kW
タンク 0.4kW

熱交換器

貯湯
タンク

500 化石燃料
kW ボイラー
熱交換器

【参考】システム最適化は温度差＋温水の送り方
 最大の要因は、温水の往きと戻りの温度差設定による、流量・抵抗値の違い。
 従来システム 10℃
 新システム15℃

ポン  送れる熱量は、流量ｘ温度差なので、10 ℃の温度差は、15℃に比べ、流量が1.5倍必要（流速も1.5倍に）。
プ動 他方、配管抵抗は流速の2乗に比例＝流速が1.5倍になれば、配管抵抗は力2.25倍に増加

 5℃の温度差で、ポンプ動力は大幅増加。
 従来システムでは、ポンプを常時稼働させて温水を循環。
熱 ⇒ 不要な電力消費に加え、熱損失も発生。
損  新システムでは、熱が必要とされる時だけポンプが稼働し、熱を供給。
失 イノベーション進む欧州のポンプ等、設備機器。

重要な温度差＋熱供給のノウハウとそのための設備機器
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新旧システムの相違 配管の設計
３．配管の最適化
 エネルギー棟からは、循環温水のみ。給湯は、旧機械室で熱交換して貯湯タンクに貯める。
 無駄な配管の削減。熱損失の最小化。
従来 暖房用温水＋給湯水をエネルギー棟から供給。
 配管が2倍、ポンプも2倍。
 ポンプを連続運転で電力消費量の増加。
 無駄な熱損失も発生。
新システム
 特別なことはない。
 当たり前のことを当たり前に行うこと。

原理原則にもとづくモデル事例の構築
BERI および WBエナジー の試み

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BERI WBエナジー

2018/9/24

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欧州と同等の利便性に優れ、事業性の高いモデル事例を構築。その拡大再生産により点を面にしていく展開。

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遠野市本庁舎
 2017年9月稼働開始。
 暖房・冷房すべての熱需要をバイオマスボイラーにて供給。

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欧州の技術指導で設計した地域熱供給網
徳島県神山町 2018年8月～

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バイオマスボイラー 選定に際してのチェックポイント
項目

解説

確認内容

1 ボイラー
ボイラー選定の出発点。熱需要の特性に合ったタイプとする。一運転タイプ

自動オンオフ運転（断続運 般の熱需要には、断続運転タイプが使いやすい。
転）か、連続運転タイプか 連続運転は、工場などの大型熱需要向き。低質な原料を燃料利用したい場合も、連続運転タイプが向いている。

ボイラー出力変動幅

xx％～100％/xxkW～

通常は30～100％の変動幅が多い。断続運転は、これにオフが加わxxkWる。

ボイラーの制御・運転 出力変動、オンオフ運転の方法

制御方法

着火方式

自動か否か。 着火の方法

ボイラー効率

定格出力時、低負荷時％

通常は蓄熱タンクの温度管理。
小型ボイラーでは、電気ヒーター式が一般的。国産では灯油を使うものも存在。
小型ボイラーでは90％以上。ラニングコストを決定する最大の要因。カタログ値が実際とかい離していないか実際の利用者に確認するなどが必要。
高い水分のチップを燃焼できるとしても、冬季にはチップ凍結の対応チップ水分WB、xx％まで恐れ。小型ボイラーであれば、水分管理されたチップを使うのが基本。
複数台の組み合わせは通常2台まで。それ以上の台数は、場所やメ

ボイラー台数ｘｘ台

ンテナンス、使い勝手、電力消費量などを確認。合理的な範囲とすること。

カタログ添付のことどこまで詳しく解説しているか。

2 灰2018/9/24

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遠野市におけるバイオマス事業の展開「ごみを宝に」の実践

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事業の趣旨 「ごみを宝に」 環境省・林野庁の補助事業「木質バイオマスエネルギーを利用したモデル地域づくり推進事業」（ 2014年11月～2016年3月）を契機に、本格的なバイオマス利用に着手。
 副産物（工場残材＋林地残材）利用の徹底による残材の有効利用。
 木質資源の付加価値向上による森林・林業の活性化。
 この事業を利用して以下を整備。
•チップヤード

2015年12月•

移動式チッパー・トラクターの導入

2015年12月•バイオマスボイラー240kWの導入

2015年8月

 事業の担い手として「遠野バイオエナジー株式会社」を設立。
•

民間企業としてチップ供給・バイオマス関連事業を推進。

•補助金はイニシャルコスト中心、事業の自立化を目指す。

 市内のチップ需要の拡大。
•バイオマス本来の利用である「ごみを宝に」の全国初の事例。
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45

チップヤードとチッパーとトラクター チッパーはオーストリアMUSMAX。
 チップヤードは、南向きで風通しの良い構造。
 燃料チップ製造のノウハウの蓄積。

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46

水光園に導入したバイオマスボイラー
 市の温浴宿泊施設「たかむろ水光園」。
 年間11万リットルの重油を消費。暖房＋給湯・加温。
 熱負荷分析から240kWを選択。
 オーストリアKWB社製
Multifire120kWｘ２ 3000㍑ｘ２の蓄熱タンクの組み合わせ。
 欧州のエンジニアリングを導入。バイオマスのノウハウ・技術の獲得。

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47

留意点 サイロ設計


サイロの容量は、最低でも、ピーク時7日分が目安。

サイロの実質容積（充填率）を考慮。
 水光園の場合、ピーク時消費量6㎥/日（水分30％）、42㎥/週。
 サイロの大きさ 5mx5mx3m=90㎥。実質50㎥。充填率55％。

サイロの容積を可能な限り活かせるような燃料投入口とする。



一定の大きさ（４トン以上）のダンプでの搬入が可能なアクセスを確保。

チップ投入口の違いによるサイロの実質容量の違い

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波及効果 １ 民間福祉施設
 遠野市の新設のデイサービス「風音」、民間施設。 2016年9月稼働。
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50kW+3000㍑の蓄熱タンク。1500㍑の給湯タンク（熱交換器内蔵）。
暖房・給湯すべてバイオマスボイラーから。
暖房・給湯回路、コントローラーを一体として導入。
補助金を使わない単独事業。

 計算上は30kW。隣接してレストラン、工房を新設する予定のあることから、そこへの熱供給も視野に50kWを導入。
デイサービス施設 50kW+3,000㍑バッファータンク、サイロ直径3m 外観

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波及効果 ２ 遠野市本庁舎バイオマスボイラーよる熱供給
岩手県遠野市の本庁舎新築に伴い、KWB チップボイラーを導入。Power�ire300kW×2 台 + 蓄熱タンク 3000ℓ×4 台の組み合わせ。
暖房及び、冷房に使用。吸収式冷凍機に安定して高温水を供給。

遠隔監視・制御システムを用い、インターネットを経由して PC やスマホから、リアルタイムで稼働状況を把握。過去のデータも分析可能。

ボイラー水往き温度（90℃）

蓄熱タンク

蓄熱タンクの温度設定（85℃- 81℃）

ボイラー

チップサイロと使用燃料
サイロは、トラックから直接投入しやすい構造。冬季でも 2 週間分の容量を確保し、災害などにも対応できるように設計している。

燃料として使用しているチップの原料は、工場残材や林地残材。対応水分は 45％まで。バークや粉も一定範囲内での混入なら問題なく燃料として利用可能。

（ただし、水分が高いとエネルギー効率が低下します。また、バークや粉が多いと、灰の比率も高くなります。）（お問合せ）

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波及効果3 チップ需要の拡大

2016年度に、BERI・富士通総研が市内施設を対象に可能性調査。
それにもとづき、2018年度から段階的に導入していく予定。

 2015年度以前 市内小中学校、森林総合センター
 2016年度
 2017年度
 2019年度
 2019年度
 2020年度～

水光園1,400㎥＋市内小中学校・木工団地600㎥
市庁舎（冷房需要もあり）
市内庁舎支所に導入予定
市庁舎ボイラーからとぴあ庁舎への熱供給ほか
市中心部の市民センター・プール、ホテル

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600㎥
2,000㎥
3,000㎥
4,000㎥
6,000㎥
10,000㎥51

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