のと考えてよい︒発電部門におけるCO 2排出量低減対策としては︑原等再生可能エネルギーの導入︑火力

子力発電の着実な利用︑バイオマスる火力発電は︑電力安定供給の大き
発電の高効率化などが挙げられる︒

１％である︒発電量の約 割を占め

低炭素社会の実現に向け︑①省エな柱となっているだけでなく︑今後︑出量を化石燃料の起源別に見たもの

図２は︑電気事業者によるCO 2排割となっている︒従って︑CO 2について明らかにしてきた︒本稿で電化によるCO 2削減ポテンシャル
ｔで︑部門別で見ると発電部門は国内のCO 2排出量は︑計 ・ 億れる︒一方︑2006年度における

LNG火力についても︑さらなるブり︑既に高い熱効率を達成している

高効率化技術の開発が効果的であ

排出原単位の高い石炭火力におけるを 発 生 し な い た め︑ 発 電 部 門 の水力︑地熱などによる発電はCO 2を集めている炭酸ガスの分離回収・重要と考えられる︒また︑近年注目

レークスルーを目指した技術開発が年度より国プロとして開始された︒
ま た︑ L N G 複 合 発 電 で は︑
1700℃級ガスタービンの実現に向けた要素技術開発が国プロにより進められている︒一方︑石炭ガス化複合発電︵IGCC︶は︑石炭火力

e
g
a
r
o
t
S

d
n
a
e
r
u
t
p
a
C
2
O
C

CO2 排出量(百万t-CO2)%︑原子力%︑水力 %︑新エネルギーなど

量の構成比は︑火力

電力中央研究所『電気と環境のフォーラム』

低炭素化に挑む
火力発電技術火力発 電の 現状と役割

ネルギー︑②電化の促進︑③低炭素
電化と原子力の利用拡大が進む中︑で︑石炭起源が 割弱︑ガス起源が電力需要変動に対応するミドルおよびピーク供給力として︑ますます重ることは︑前号までに示してきた通りである︒第１回では電化推進に向要な役割を担っていくものと考えら

排出電源の利用の３本柱が重要であけたシナリオ︑第 回では省エネやは︑前述③に関し︑低炭素排出電源%を占めている︵図１︶︒原子力︑の利用拡大に向け︑高効率化への挑戦が続く火力発電技術について述べる︒
CO 2は火力発電から排出されたもているわが国ではあるが︑さらなる火力発電の高効率化を目指し︑さま
ざまな革新技術の開発努力が続けられている︒汽力発電については︑蒸高効率化に向けた取り組みと展望わが国の火力発電は︑既に世界的USC︶の開発が︑気温度を700℃まで高めた次世代
超々臨界圧︵

900に見て最も高い効率を達成している︵図３︶︒これは︑エネルギーの情勢
変 化 に 応 じ て︑ 石 油 か ら 石 炭︑LNGへと燃料転換が図られる中で︑長年にわたり高効率化技術の開発に取り組んできた成果によるものである︒図４は︑わが国の火力発電効率の変遷を示したものである︒汽力発
電の発電効率は︑主に﹁蒸気の高温・高圧化﹂と﹁大容量化﹂により上昇を続けてきた︒現在︑最新鋭の超々臨界圧ボイラー︵USC 蒸気温度
600℃︶は約 %の送電端効率が得られている︒一方︑ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせて発電する複合発電では︑初号機が導入された後︑ガスタービンの燃焼温度が毎年平均 ℃という急速な割合で上昇し︑1100〜1300℃級︑さらには1500℃級のガスタービ

原 三郎

発電効率

300
100
1950
1960
1980
2000 2010年度
ʼ90
ʼ91 ʼ921950
ʼ93 ʼ94 ʼ95
ʼ96 ʼ971970
ʼ98 ʼ99 ʼ00
ʼ01 ʼ021990
ʼ03 ʼ04 ʼ05

600

複合発電
汽力発電

現在︑電気事業者による発電電力

貯留︵CCS︶についても︑中長期的なて︑その有効性と課題を検討しておCO 2削減オプションのひとつとしく必要があろう︒そこで︑次章以降
で低炭素化に挑む火力発電技術の取り組みに焦点を当て︑CO 2削減に

（出典： 08 エネルギー・経済統計要覧）

発電部門 4.538%

電力中央研究所 エネルギー技術研究所 上席研究員。
「石炭ガス化炉」
プロジェクト課題責任者、
噴流
床ガス化技術に関する研究に従事。

再熱サイクル

犬丸 淳
発電効率

工業プロセス・廃棄物・その他
エネルギー転換

産業
運輸
業務地 …民生
家庭

1400

ンが開発され︑ %を超える送電端効率を達成している︒

中国

自家消費
0.5
4%
・高圧化
蒸気の高温

400
20
200

大きく寄与する高効率化技術や次世代につながる革新技術の概要とその

米国

1200

超々臨界圧ボイラ
超臨界圧ボイラ

600
（%）30

6

37

運輸部門
2.5
21%

8

このように高い発電効率を達成し

41

1500

11

産業部門
3.1
26%
1000
大容量化
40
800 12.5万kW

382

2006年度
部門別CO2発生量（億トン）
総計
11.8 億トン
1100℃級
100万kW（出典： 08 エネルギー・経済統計要覧）

図1 国内のCO2
排出量のうち発
電設備が占める
割合
エネルギー転換

石炭
石油

08

2

（2006年度）

民生部門
1.3
11%
1200
50

ʼ04 年
ʼ02
ʼ00
ʼ98
ʼ96

57.4%
12.7%

68
2009.1 ／エネルギーフォーラム

0
エネルギーフォーラム／2009.1

69

インド
31

ʼ94
ʼ92
ʼ90
29

韓国
33

ガス

展望について述べる︒

45

図4 わが国における火力発電効率向上の経緯（ 発 電 効 率 は、
当該年度に運転開始したプラントのうち最も高いものを示している）

電力中央研究所 エネルギー技術研究所 プラント工学領域リーダー
上席研究員。 「CO2回収型次世
代IGCCシステム」プロジェクト
課題責任者、「火力発電の運用・保守技術」基盤研究課題責任者 石
炭ガス化複合発電技術の開発および評価、火力発電の運用・保守技術に関する研究に従事。

（%）35

20

高温化 産業
運輸
ンのガスタービ
1500℃級
工業プロセス・廃棄物・その他
1300℃級

10

3回
第
電気事業者
によるCO2排出量
3.58億トン

30.0%

A

−
英国
39

業務地 …民生3
図3 主要国における火力発電効率（電事連資料を基
に作成）
日本
43

40

50

家庭

1
図2 電気事業者
による化石燃料起 源 別 のCO2排
出量

電力中央研究所 エネルギー技術研究所 上席研究員。「低コストMCFC発電システム」プロジェク
ト課題責任者 燃料電池の性能、寿命、経済性の評価およびモデリ
ングに関する研究に従事。

60
1400

59
6

30

連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」
連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」

麦倉 良啓

のと考えてよい︒発電部門におけるCO 2排出量低減対策としては︑原等再生可能エネルギーの導入︑火力

子力発電の着実な利用︑バイオマスる火力発電は︑電力安定供給の大き
発電の高効率化などが挙げられる︒

１％である︒発電量の約 割を占め

低炭素社会の実現に向け︑①省エな柱となっているだけでなく︑今後︑出量を化石燃料の起源別に見たもの

図２は︑電気事業者によるCO 2排割となっている︒従って︑CO 2について明らかにしてきた︒本稿で電化によるCO 2削減ポテンシャル
ｔで︑部門別で見ると発電部門は国内のCO 2排出量は︑計 ・ 億れる︒一方︑2006年度における

LNG火力についても︑さらなるブり︑既に高い熱効率を達成している

高効率化技術の開発が効果的であ

排出原単位の高い石炭火力におけるを 発 生 し な い た め︑ 発 電 部 門 の水力︑地熱などによる発電はCO 2を集めている炭酸ガスの分離回収・重要と考えられる︒また︑近年注目

レークスルーを目指した技術開発が年度より国プロとして開始された︒
ま た︑ L N G 複 合 発 電 で は︑
1700℃級ガスタービンの実現に向けた要素技術開発が国プロにより進められている︒一方︑石炭ガス化複合発電︵IGCC︶は︑石炭火力

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g
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r
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t
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d
n
a
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r
u
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p
a
C
2
O
C

CO2 排出量(百万t-CO2)%︑原子力%︑水力 %︑新エネルギーなど

量の構成比は︑火力

電力中央研究所『電気と環境のフォーラム』

低炭素化に挑む
火力発電技術火力発 電の 現状と役割

ネルギー︑②電化の促進︑③低炭素
電化と原子力の利用拡大が進む中︑で︑石炭起源が 割弱︑ガス起源が電力需要変動に対応するミドルおよびピーク供給力として︑ますます重ることは︑前号までに示してきた通りである︒第１回では電化推進に向要な役割を担っていくものと考えら

排出電源の利用の３本柱が重要であけたシナリオ︑第 回では省エネやは︑前述③に関し︑低炭素排出電源%を占めている︵図１︶︒原子力︑の利用拡大に向け︑高効率化への挑戦が続く火力発電技術について述べる︒
CO 2は火力発電から排出されたもているわが国ではあるが︑さらなる火力発電の高効率化を目指し︑さま
ざまな革新技術の開発努力が続けられている︒汽力発電については︑蒸高効率化に向けた取り組みと展望わが国の火力発電は︑既に世界的USC︶の開発が︑気温度を700℃まで高めた次世代
超々臨界圧︵

900に見て最も高い効率を達成している︵図３︶︒これは︑エネルギーの情勢
変 化 に 応 じ て︑ 石 油 か ら 石 炭︑LNGへと燃料転換が図られる中で︑長年にわたり高効率化技術の開発に取り組んできた成果によるものである︒図４は︑わが国の火力発電効率の変遷を示したものである︒汽力発
電の発電効率は︑主に﹁蒸気の高温・高圧化﹂と﹁大容量化﹂により上昇を続けてきた︒現在︑最新鋭の超々臨界圧ボイラー︵USC 蒸気温度
600℃︶は約 %の送電端効率が得られている︒一方︑ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせて発電する複合発電では︑初号機が導入された後︑ガスタービンの燃焼温度が毎年平均 ℃という急速な割合で上昇し︑1100〜1300℃級︑さらには1500℃級のガスタービ

原 三郎

発電効率

300
100
1950
1960
1980
2000 2010年度
ʼ90
ʼ91 ʼ921950
ʼ93 ʼ94 ʼ95
ʼ96 ʼ971970
ʼ98 ʼ99 ʼ00
ʼ01 ʼ021990
ʼ03 ʼ04 ʼ05

600

複合発電
汽力発電

現在︑電気事業者による発電電力

貯留︵CCS︶についても︑中長期的なて︑その有効性と課題を検討しておCO 2削減オプションのひとつとしく必要があろう︒そこで︑次章以降
で低炭素化に挑む火力発電技術の取り組みに焦点を当て︑CO 2削減に

（出典： 08 エネルギー・経済統計要覧）

発電部門 4.538%

電力中央研究所 エネルギー技術研究所 上席研究員。
「石炭ガス化炉」
プロジェクト課題責任者、
噴流
床ガス化技術に関する研究に従事。

再熱サイクル

犬丸 淳
発電効率

工業プロセス・廃棄物・その他
エネルギー転換

産業
運輸
業務地 …民生
家庭

1400

ンが開発され︑ %を超える送電端効率を達成している︒

中国

自家消費
0.5
4%
・高圧化
蒸気の高温

400
20
200

大きく寄与する高効率化技術や次世代につながる革新技術の概要とその

米国

1200

超々臨界圧ボイラ
超臨界圧ボイラ

600
（%）30

6

37

運輸部門
2.5
21%

8

このように高い発電効率を達成し

41

1500

11

産業部門
3.1
26%
1000
大容量化
40
800 12.5万kW

382

2006年度
部門別CO2発生量（億トン）
総計
11.8 億トン
1100℃級
100万kW（出典： 08 エネルギー・経済統計要覧）

図1 国内のCO2
排出量のうち発
電設備が占める
割合
エネルギー転換

石炭
石油

08

2

（2006年度）

民生部門
1.3
11%
1200
50

ʼ04 年
ʼ02
ʼ00
ʼ98
ʼ96

57.4%
12.7%

68
2009.1 ／エネルギーフォーラム

0
エネルギーフォーラム／2009.1

69

インド
31

ʼ94
ʼ92
ʼ90
29

韓国
33

ガス

展望について述べる︒

45

図4 わが国における火力発電効率向上の経緯（ 発 電 効 率 は、
当該年度に運転開始したプラントのうち最も高いものを示している）

電力中央研究所 エネルギー技術研究所 プラント工学領域リーダー
上席研究員。 「CO2回収型次世
代IGCCシステム」プロジェクト
課題責任者、「火力発電の運用・保守技術」基盤研究課題責任者 石
炭ガス化複合発電技術の開発および評価、火力発電の運用・保守技術に関する研究に従事。

（%）35

20

高温化 産業
運輸
ンのガスタービ
1500℃級
工業プロセス・廃棄物・その他
1300℃級

10

3回
第
電気事業者
によるCO2排出量
3.58億トン

30.0%

A

−
英国
39

業務地 …民生3
図3 主要国における火力発電効率（電事連資料を基
に作成）
日本
43

40

50

家庭

1
図2 電気事業者
による化石燃料起 源 別 のCO2排
出量

電力中央研究所 エネルギー技術研究所 上席研究員。「低コストMCFC発電システム」プロジェク
ト課題責任者 燃料電池の性能、寿命、経済性の評価およびモデリ
ングに関する研究に従事。

60
1400

59
6

30

連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」
連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」

麦倉 良啓

第3回 低炭素化に挑む火力発電技術

発電における高効率化の切り札としも重要な役割を担うことは言うまであり︑その中で火力発電の高効率化もない︒

生かすことで︑ %の超高効率が期

れの発電システムの特長を最大限にかしながら︑本システムではそれぞ型電源用として固体酸化物形燃料電

燃料電池︵PEFC︶
︑家庭用や大

庭用や自動車用として固体高分子形

料電池には︑MCFCのほかに︑家スは︑水分が凝縮された後は最終的る︒また︑低圧タービンを出た排ガビンというトリプル発電が可能となに︑燃料電池と高・低圧のガスター駆動して︑再度発電する︒このよう熱し︑最終的に低圧ガスタービンを送られ︑水や燃料︑CO 2などを加を出た排ガスは︑排熱回収ボイラへを駆動して発電する︒ガスタービン

し︑高温の燃焼ガスでガスタービンと酸素はガスタービン燃焼器で燃焼を構成することが可能である︒本シできるので︑現状の材料でシステムであり︑ステンレス系の材料が使用

MCFCの運転温度は700℃以下などの運転条件が厳しいのに対し︑1000℃と高く︑熱交換器や配管SOFCの運転温度は900〜

電システムも多数提案されているが︑電池であるSOFCを用いた複合発

最も適している︒また︑高温形燃料

形化においてはMCFCが現状では池では数100 級にとどまり︑大夢の超高効率LNG発電への挑戦

しかし︑MCFCの電極として使用

る ・ 万時間運転に成功している︒
している酸化ニッケルが溶解して析出し︑内部的な短絡が発生する現象
がCO 2分圧に比例して加速されるため︑現状技術では１万時間弱でMCFCを交換する必要があり︑今後︑対策技術の開発が不可欠である︒

低炭素化に 向けた
IGCC技術の 開発●IGCCの特徴
IGCCは︑図 に示すように︑固体燃料である石炭を空気や酸素等をガス化剤として石炭ガスに転換す
る石炭ガス化設備︑石炭ガス中に含まれる不純物を除去するガス精製設
備︑精製後の石炭ガスをガスタービ
ン燃料として発電を行う複合発電設備から構成され︑以下の特徴を持つ︒①高い発電効率 IGCCの最も大きな特徴は︑その高効率性にある︒

600

LNG火力発電は既に高い発電効率を獲得しているが︑新たな革新技術を導入すれば ％以上の高効率を達成することが可能になる︒電中研
では︑燃料電池とガスタービンのハ
イブリッド複合発電を行うことによって︑送電端効率 ％という超高効率が達成可能なシステムを提案している ︒本システムは︑高温形燃料電池である溶融炭酸塩形燃料電池︵MCFC︶︑ガスタービン要素技術︑ならびにシステム解析技術の知見を結集して構築したシステムであり︑技術的には十分達成可能なシステムと考えられる︒システムの概念を図に示す︵300MW級システムを想定︶︒本システムは︑﹁反応成分の濃度が高いほど高効率﹂﹁容積当たりの出力が小さい﹂などの特徴を持

つ燃料電池と︑﹁低カロリーの燃料でも燃焼温度が同じならほぼ効率が同じ﹂﹁比出力が極めて大きい﹂などの特徴を持つガスタービンを融合発電効率させた﹁ハイブリッドシステム﹂である︒このようなハイブリッドシス
テムは︑これまでにもさまざまなものが提案されているが︑発電効率と〜％︑IGCCの場合︶では︑1300℃
級ガスタービンで1500℃級ガスタービンでは 〜％まで向上する︒このため︑発電

70
2009.1 ／エネルギーフォーラムて着実に開発が進められている︒本技術により ％の送電端効率の達成も可能であり︑将来大容量燃料電池が開発されれば ％を越える石炭火力発電の実現も夢ではない︒
ところで︑火力発電の高効率化により︑将来どれほどCO 2削減に寄与できるのであろうか︒例えば︑火力の平均発電効率を現状から ％量当たりのCO 2を ％以上削減することができ︑さらに燃料をLNGなど炭素含有量の少ない燃料に転換すれば︑併せて大きな効果が期待できる︒電気事業からのCO 2排出量について︑1990年比で半減する
ためのシナリオを電中研が検討したタービン待できる︒すなわち︑本システムで池︵SOFC︶があるが︑燃料電池にCO 2のみとなるため︑必要であ

ステム実現に当たっての最大の課題

わが国の最新鋭微粉炭火力は︑世界

70

複合発電
汽力発電

再燃サイクル

結果︑1500℃級ガスタービン
LNG複合発電やIGCCなどが順次導入され火力発電の高効率化が進展することにより︑特段CO 2削減
対策を講じない場合に比べて︑ 年
では約 ・ 億ｔ／年のCO 2削減
が 可 能 で あ る こ と が わ か っ た︒
CO 2排出量を半減させるためには様々な対策技術を総動員する必要がタービン

は︑当量比のLNGと酸素を供給すの基本構成単位である単セルの面積

電池には︑MCFCを採用した︒燃ることで︑排ガス流量を減らして排においては︑MCFCが ・000

れば全量回収することも可能である︒

は︑中核となる燃料電池の大型化と的にも最高水準の発電効率であり︑送電端で 〜 ％︵HHV︶に達し

46

900

ている︒これに対し︑IGCC︵わ

60

・高圧化
蒸気の高温

20

3

が国が開発を行っている空気吹き

2000 2010年度

1990

1980

1970

1960

1950

1950

10

43

しては 〜 %が限界であった︒しガス損失の最小化を図るとともに︑級であるのに対し︑ほかの燃料電本システムが実現できれば︑超高効

低コスト化︑および寿命である︒長燃料電池で反応できなかったLNG

率とCO 2回収の効果により︑CO 2

期的な安定性に関しては︑電中研において燃料電池の加圧条件における寿命試験としては最長の単セルによ超臨界圧ボイラ（%）30

G
ガスタービン

当量比のCH4/O2 供給

排出量を大幅に削減することが可能となる︒
ここでシステムの中核となる燃料

44

空気昇圧機

蒸気タービン
燃焼器

煙突
排熱回収
ボイラー

M
酸素

ガス化炉
熱交換器
空気分離装置窒素

エネルギーフォーラム／2009.1

71

超々臨界圧ボイラ

12.5万kW

40

空気

チャー
回収装置
ガス化炉 熱交換器

1200

図5 超高効率ハイブリッドLNG複合発電システムの概念

0

[1]

大容量化

CO2 の回収300

1100℃級
5

100万kW

50

48

図 6 IGCC シ
ステムの構成例(空気吹きIGCC
の場合)
ガス精製

石炭

1500

6

1500℃級

ンの高温化
ガスタービ
1300℃級

60

㨧
3H2O

2H2O
・CO2 回収機能付き

10

最小の
排ガス
損失

凝縮機

1CO2

システムの特徴

冷却水

・酸素利用

41

2O2

酸素 /CO2 供給
4CO2＋2O2

低圧タービン
HRSG

燃焼器
カソード

5CO2＋5H2O
改質器
内部改質
MCFC

5

50

タービン

10

・超高効率（300MW 級で送電端効率 70%HHV）

40

㎠

㎠

5

1CH4
アノード

50

70

6

5

65

4CO2

4

0

60

MCFCと高温 GTとの組み合わせ
1CH4＋3H2O

48︵絶対値︶向上させると︑発電電力

連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」

第3回 低炭素化に挑む火力発電技術

発電における高効率化の切り札としも重要な役割を担うことは言うまであり︑その中で火力発電の高効率化もない︒

生かすことで︑ %の超高効率が期

れの発電システムの特長を最大限にかしながら︑本システムではそれぞ型電源用として固体酸化物形燃料電

燃料電池︵PEFC︶
︑家庭用や大

庭用や自動車用として固体高分子形

料電池には︑MCFCのほかに︑家スは︑水分が凝縮された後は最終的る︒また︑低圧タービンを出た排ガビンというトリプル発電が可能となに︑燃料電池と高・低圧のガスター駆動して︑再度発電する︒このよう熱し︑最終的に低圧ガスタービンを送られ︑水や燃料︑CO 2などを加を出た排ガスは︑排熱回収ボイラへを駆動して発電する︒ガスタービン

し︑高温の燃焼ガスでガスタービンと酸素はガスタービン燃焼器で燃焼を構成することが可能である︒本シできるので︑現状の材料でシステムであり︑ステンレス系の材料が使用

MCFCの運転温度は700℃以下などの運転条件が厳しいのに対し︑1000℃と高く︑熱交換器や配管SOFCの運転温度は900〜

電システムも多数提案されているが︑電池であるSOFCを用いた複合発

最も適している︒また︑高温形燃料

形化においてはMCFCが現状では池では数100 級にとどまり︑大夢の超高効率LNG発電への挑戦

しかし︑MCFCの電極として使用

る ・ 万時間運転に成功している︒
している酸化ニッケルが溶解して析出し︑内部的な短絡が発生する現象
がCO 2分圧に比例して加速されるため︑現状技術では１万時間弱でMCFCを交換する必要があり︑今後︑対策技術の開発が不可欠である︒

低炭素化に 向けた
IGCC技術の 開発●IGCCの特徴
IGCCは︑図 に示すように︑固体燃料である石炭を空気や酸素等をガス化剤として石炭ガスに転換す
る石炭ガス化設備︑石炭ガス中に含まれる不純物を除去するガス精製設
備︑精製後の石炭ガスをガスタービ
ン燃料として発電を行う複合発電設備から構成され︑以下の特徴を持つ︒①高い発電効率 IGCCの最も大きな特徴は︑その高効率性にある︒

600

LNG火力発電は既に高い発電効率を獲得しているが︑新たな革新技術を導入すれば ％以上の高効率を達成することが可能になる︒電中研
では︑燃料電池とガスタービンのハ
イブリッド複合発電を行うことによって︑送電端効率 ％という超高効率が達成可能なシステムを提案している ︒本システムは︑高温形燃料電池である溶融炭酸塩形燃料電池︵MCFC︶︑ガスタービン要素技術︑ならびにシステム解析技術の知見を結集して構築したシステムであり︑技術的には十分達成可能なシステムと考えられる︒システムの概念を図に示す︵300MW級システムを想定︶︒本システムは︑﹁反応成分の濃度が高いほど高効率﹂﹁容積当たりの出力が小さい﹂などの特徴を持

つ燃料電池と︑﹁低カロリーの燃料でも燃焼温度が同じならほぼ効率が同じ﹂﹁比出力が極めて大きい﹂などの特徴を持つガスタービンを融合発電効率させた﹁ハイブリッドシステム﹂である︒このようなハイブリッドシス
テムは︑これまでにもさまざまなものが提案されているが︑発電効率と〜％︑IGCCの場合︶では︑1300℃
級ガスタービンで1500℃級ガスタービンでは 〜％まで向上する︒このため︑発電

70
2009.1 ／エネルギーフォーラムて着実に開発が進められている︒本技術により ％の送電端効率の達成も可能であり︑将来大容量燃料電池が開発されれば ％を越える石炭火力発電の実現も夢ではない︒
ところで︑火力発電の高効率化により︑将来どれほどCO 2削減に寄与できるのであろうか︒例えば︑火力の平均発電効率を現状から ％量当たりのCO 2を ％以上削減することができ︑さらに燃料をLNGなど炭素含有量の少ない燃料に転換すれば︑併せて大きな効果が期待できる︒電気事業からのCO 2排出量について︑1990年比で半減する
ためのシナリオを電中研が検討したタービン待できる︒すなわち︑本システムで池︵SOFC︶があるが︑燃料電池にCO 2のみとなるため︑必要であ

ステム実現に当たっての最大の課題

わが国の最新鋭微粉炭火力は︑世界

70

複合発電
汽力発電

再燃サイクル

結果︑1500℃級ガスタービン
LNG複合発電やIGCCなどが順次導入され火力発電の高効率化が進展することにより︑特段CO 2削減
対策を講じない場合に比べて︑ 年
では約 ・ 億ｔ／年のCO 2削減
が 可 能 で あ る こ と が わ か っ た︒
CO 2排出量を半減させるためには様々な対策技術を総動員する必要がタービン

は︑当量比のLNGと酸素を供給すの基本構成単位である単セルの面積

電池には︑MCFCを採用した︒燃ることで︑排ガス流量を減らして排においては︑MCFCが ・000

れば全量回収することも可能である︒

は︑中核となる燃料電池の大型化と的にも最高水準の発電効率であり︑送電端で 〜 ％︵HHV︶に達し

46

900

ている︒これに対し︑IGCC︵わ

60

・高圧化
蒸気の高温

20

3

が国が開発を行っている空気吹き

2000 2010年度

1990

1980

1970

1960

1950

1950

10

43

しては 〜 %が限界であった︒しガス損失の最小化を図るとともに︑級であるのに対し︑ほかの燃料電本システムが実現できれば︑超高効

低コスト化︑および寿命である︒長燃料電池で反応できなかったLNG

率とCO 2回収の効果により︑CO 2

期的な安定性に関しては︑電中研において燃料電池の加圧条件における寿命試験としては最長の単セルによ超臨界圧ボイラ（%）30

G
ガスタービン

当量比のCH4/O2 供給

排出量を大幅に削減することが可能となる︒
ここでシステムの中核となる燃料

44

空気昇圧機

蒸気タービン
燃焼器

煙突
排熱回収
ボイラー

M
酸素

ガス化炉
熱交換器
空気分離装置窒素

エネルギーフォーラム／2009.1

71

超々臨界圧ボイラ

12.5万kW

40

空気

チャー
回収装置
ガス化炉 熱交換器

1200

図5 超高効率ハイブリッドLNG複合発電システムの概念

0

[1]

大容量化

CO2 の回収300

1100℃級
5

100万kW

50

48

図 6 IGCC シ
ステムの構成例(空気吹きIGCC
の場合)
ガス精製

石炭

1500

6

1500℃級

ンの高温化
ガスタービ
1300℃級

60

㨧
3H2O

2H2O
・CO2 回収機能付き

10

最小の
排ガス
損失

凝縮機

1CO2

システムの特徴

冷却水

・酸素利用

41

2O2

酸素 /CO2 供給
4CO2＋2O2

低圧タービン
HRSG

燃焼器
カソード

5CO2＋5H2O
改質器
内部改質
MCFC

5

50

タービン

10

・超高効率（300MW 級で送電端効率 70%HHV）

40

㎠

㎠

5

1CH4
アノード

50

70

6

5

65

4CO2

4

0

60

MCFCと高温 GTとの組み合わせ
1CH4＋3H2O

48︵絶対値︶向上させると︑発電電力

連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」

200

ガラス状の固化スラグとして排出さ電力共同出資により設立された︒実なるクリーンコールパワー研究所がタートし︑ 年 月には実施主体とれる︒このため︑従来型石炭火力に証機の主な仕様を表 に︑全景を図態となり︑それが水で急冷された後︑比べ︑容積がほぼ半分になる︒また︑に示す︒ガス化炉型式は︑電中研

炭火力発電所で使い難い︑灰融点の灰付着トラブルなどの観点から微粉③適用炭種の拡大 IGCCでは︑が可能である︒

溶出も無く︑骨材などへの有効利用

スタービンが採用されている︒ 年

250MW規模で︑1200℃級ガアップなどの観点から実証機出力はり︑実証機から商用機へのスケールを行った空気吹き二段噴流床炉であと三菱重工業が共同でプロセス開発

この固化スラグからは︑有害成分の低い石炭の利用が可能であるため︑工事が進められ︑ 年 月にガス化

月の現地工事開始後︑順調に建設

利用炭種の拡大に寄与できる︒
炉石炭ガス化運転が開始された︒
年 月 日にプラント負荷100％

250MW 級
（石炭処理量：約1700トン / 日）

1200℃級ガスタービン

湿式ガス精製（MEDA）+ 石膏回収
目標熱効率 発電端 48%（46%）
LHV（HHV） 送電端 42%（40.5%）

SOx：8ppm（O216% 換算）

ばいじん：4mg/m3N（O216% 換算）

電 力 量 当 た り の C O 2︑S O x︑
月には︑長時間連続運転試験に成功
による空気吹きガス化炉のプロセス

石炭ガス化基礎実験装置︵ ｔ炉︶

石炭ガス化技術について︑ ｔ／日

300MW級のIGCC実証 商用した︒引き続き︑ 年度までに︑炭と比べると︑効率向上により直接排みであることが分かる︒微粉炭火力のCO 2排出量は︑ほぼ重油火力並

電電力量当たり︶であり︑IGCC

けるライフサイクルCO 2
排出量︵発発を進めてきている︒200ｔ／日

吹きガス化技術によるIGCCの開送電端効率の向上が期待できる空気に対し︑わが国では酸素吹きに比べ︑いる酸素吹きIGCCである︒これ

ラントも︑ガス化剤として酸素を用おり︑わが国独自の高効率な空気吹

く︑計画通りに運転試験が行われてかかわるようなトラブルの発生もな

IGCC実証機は︑技術の根幹にが実施される予定である ︒

種拡大や耐久性評価などの各種試験

ュレーション技術などを駆使してガ証機の設計検討段階では︑数値シミ

心的役割を担ってきた︒さらに︑実気吹きIGCCの基盤技術確立の中ントの設計 運転支援を実施し︑空開発や200ｔ／日パイロットプラ

出量が減少するため︑CO 2排出量

ス化炉特性の予測評価や炭種評価をや要素研究を経て︑

きIGCC技術は︑先行していた海クト︑実証機規模のパイロットプラントプロジェ

を約 ％低減可能である︒②石炭灰の有効利用 石炭中に含ま年度よりIGCC実証機計画がス[2]は︑IGCC技術の確立と普及に向証機の運転支援を行っている︒今後
ら︑現時点でCCS建設を最終決定

証プロジェクトがある︒しかしなが展開を見せており︑現在 以上の実効率は約 割低下し︑発電コストはステムでは︑CO 2回収により発電を貯留する適地が少ないことや︑輸と異なり︑わが国では大量のCO 2

n
o
i
t
s
u
b
m
o
C
e
r
P

けて︑引き続き実証機計画を支援ししたものはない模様であり︑実現す

約 ・ 倍になるとの報告がある

場合︑CO 2は約150万 ／年︵回ていくとともに︑商用IGCCの運
るのは 〜 プロジェクトとも言わ収率 %の場合︶回収される︒海外

用性向上やさらなる高効率化を達成
れ て い る︒ ま た︑ 英 国 で は︑含めた場合︑︶のするため︑適合炭種の拡大︑運転・300MW以上の燃焼後回収システム

種類に大別される︒燃焼後回収シ

障害予知システムの開発︑乾式ガス

発電コストは

CCSの 動 向と︒さらに︑CO 2の輸送・貯留も計画の大幅なトを選定する予定である︒米国では︑になるものとべて 倍程度

近年欧米を中心に︑中長期的な温わが国においても︑ 年 月に日本

︵IGCC以外の方式も可︶︒一方︑以上の商用機が対象となった

変更があり︑国の補助は300MW

も︑発電効率システムでる︒いずれの想定されてい

n
e
G
e
r
u
t
u
F

暖化防止対策オプションのひとつとCCS調査が設立され︑同年 月にやコスト上昇年 月にして︑CCSの導入に向けた動きが閣議決定された﹁低炭素社会づくり

が大きな課題●CCSにかかわる動向活発化している︒ 年の気候変動に行動計画﹂の中で︑CCSについてされて以来︑CCSは有力な温暖化

明記されるなど︑CCSにかかわる

手し︑ 年までに実用化を目指すとは︑ 燃 焼 後 回 収 シ ス テ ム︵

り︑それらを解決する革新的な発電システムの開発が望まれてい300MW級

n
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m
n o
o C
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u f
b y
m x
o O
C

︶
︑酸素燃焼システム

微粉炭火力のる︒ ま た︑
︶
︑燃焼前回

t
s
o
P

︵

の大幅な低下関する政府間パネル︵IPCC︶で︑

となってお

2

は 年度以降早期に大規模実証に着対策のひとつとして注目され︑欧米では︑既存のCO 2回収型発電システム

情勢が大きく変化している︒

5を中心に多くの導入計画が発表され

7

08●CCSの現状と課題

20

CCSに関する特別報告書 が採択

次世代発 電技術の 提案

2

5

3
1

[3]

5

09

3

1

である︒

︵後述︶に資金補助を行うことを決･

精製システムの開発に取り組む予定

れる灰は︑ガス化炉内で一旦溶融状

F
S

回収なしに比収システム︵

中心に支援研究を行い︑現在も ｔ

9／日石炭ガス化研究炉を活用した実6外の酸素吹きIGCC技術に肩を並研が試算した各種火力発電技術にお

2

2

･

べる開発レベルに到達したと言える︒

09︵250MW︶に到達し︑ 月〜

NOx︑ばいじんの排出量を低減す
トが運転を行っている︒いずれのプ

電中研は︑IGCCの中核となる●IGCCの普及に向けて

空気吹きドライフィード二段噴流床炉計画が進められ︑現在４つのプラン

年 代 半 ば よ り︑

表1 IGCC実証機の仕様ることが可能である︒図 は︑電中

欧米では

NOx：5ppm（O216% 換算）

3t

送・貯留の具体的な方法に関する技

90

術面︑法制面の課題など︑今後︑検図8 IGCC実証機の全景

08
09ている︒ただし︑現時点でCO 2貯留を商業的に行っているのは カ所
わせた実施例はない︒

年のCCS義務化も視野に積極的な15のみであり︑発電とCCSを組み合

3

72

複合
汽力
メタン漏洩
間接CO2排出量（設備建設、運用）
直接CO2排出量（発電燃料の燃焼）

/kWh)

200

7

[3]

E
U

2

400

05

1000

01

●IGCCの開発動向

エネルギーセキュリティーの確保︑

04

08

環境特性
（目標値）

1

10

方式

6

07

400

定しており︑ 年末までにプロジェク

12

99

20

5

2009.1 ／エネルギーフォーラム
エネルギーフォーラム／2009.1

73

7

出力

8
複合発電
汽力発電

8
3

600

519
600

0

IGCC 微粉炭火力 重油火力 原油火力 LNGCC
0

800

722
766

779
800

1000
メタン漏洩
間接CO2 排出量（設備建設、運用）
直接CO2排出量（発電燃料の燃焼）96590

図7 火力発電技術のライフサイクルCO2排出量
連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」

1000
ライフサイクルCO2 排出量(g-CO2/kWh)

第3回 低炭素化に挑む火力発電技術

200

ガラス状の固化スラグとして排出さ電力共同出資により設立された︒実なるクリーンコールパワー研究所がタートし︑ 年 月には実施主体とれる︒このため︑従来型石炭火力に証機の主な仕様を表 に︑全景を図態となり︑それが水で急冷された後︑比べ︑容積がほぼ半分になる︒また︑に示す︒ガス化炉型式は︑電中研

炭火力発電所で使い難い︑灰融点の灰付着トラブルなどの観点から微粉③適用炭種の拡大 IGCCでは︑が可能である︒

溶出も無く︑骨材などへの有効利用

スタービンが採用されている︒ 年

250MW規模で︑1200℃級ガアップなどの観点から実証機出力はり︑実証機から商用機へのスケールを行った空気吹き二段噴流床炉であと三菱重工業が共同でプロセス開発

この固化スラグからは︑有害成分の低い石炭の利用が可能であるため︑工事が進められ︑ 年 月にガス化

月の現地工事開始後︑順調に建設

利用炭種の拡大に寄与できる︒
炉石炭ガス化運転が開始された︒
年 月 日にプラント負荷100％

250MW 級
（石炭処理量：約1700トン / 日）

1200℃級ガスタービン

湿式ガス精製（MEDA）+ 石膏回収
目標熱効率 発電端 48%（46%）
LHV（HHV） 送電端 42%（40.5%）

SOx：8ppm（O216% 換算）

ばいじん：4mg/m3N（O216% 換算）

電 力 量 当 た り の C O 2︑S O x︑
月には︑長時間連続運転試験に成功
による空気吹きガス化炉のプロセス

石炭ガス化基礎実験装置︵ ｔ炉︶

石炭ガス化技術について︑ ｔ／日

300MW級のIGCC実証 商用した︒引き続き︑ 年度までに︑炭と比べると︑効率向上により直接排みであることが分かる︒微粉炭火力のCO 2排出量は︑ほぼ重油火力並

電電力量当たり︶であり︑IGCC

けるライフサイクルCO 2
排出量︵発発を進めてきている︒200ｔ／日

吹きガス化技術によるIGCCの開送電端効率の向上が期待できる空気に対し︑わが国では酸素吹きに比べ︑いる酸素吹きIGCCである︒これ

ラントも︑ガス化剤として酸素を用おり︑わが国独自の高効率な空気吹

く︑計画通りに運転試験が行われてかかわるようなトラブルの発生もな

IGCC実証機は︑技術の根幹にが実施される予定である ︒

種拡大や耐久性評価などの各種試験

ュレーション技術などを駆使してガ証機の設計検討段階では︑数値シミ

心的役割を担ってきた︒さらに︑実気吹きIGCCの基盤技術確立の中ントの設計 運転支援を実施し︑空開発や200ｔ／日パイロットプラ

出量が減少するため︑CO 2排出量

ス化炉特性の予測評価や炭種評価をや要素研究を経て︑

きIGCC技術は︑先行していた海クト︑実証機規模のパイロットプラントプロジェ

を約 ％低減可能である︒②石炭灰の有効利用 石炭中に含ま年度よりIGCC実証機計画がス[2]は︑IGCC技術の確立と普及に向証機の運転支援を行っている︒今後
ら︑現時点でCCS建設を最終決定

証プロジェクトがある︒しかしなが展開を見せており︑現在 以上の実効率は約 割低下し︑発電コストはステムでは︑CO 2回収により発電を貯留する適地が少ないことや︑輸と異なり︑わが国では大量のCO 2

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けて︑引き続き実証機計画を支援ししたものはない模様であり︑実現す

約 ・ 倍になるとの報告がある

場合︑CO 2は約150万 ／年︵回ていくとともに︑商用IGCCの運
るのは 〜 プロジェクトとも言わ収率 %の場合︶回収される︒海外

用性向上やさらなる高効率化を達成
れ て い る︒ ま た︑ 英 国 で は︑含めた場合︑︶のするため︑適合炭種の拡大︑運転・300MW以上の燃焼後回収システム

種類に大別される︒燃焼後回収シ

障害予知システムの開発︑乾式ガス

発電コストは

CCSの 動 向と︒さらに︑CO 2の輸送・貯留も計画の大幅なトを選定する予定である︒米国では︑になるものとべて 倍程度

近年欧米を中心に︑中長期的な温わが国においても︑ 年 月に日本

︵IGCC以外の方式も可︶︒一方︑以上の商用機が対象となった

変更があり︑国の補助は300MW

も︑発電効率システムでる︒いずれの想定されてい

n
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暖化防止対策オプションのひとつとCCS調査が設立され︑同年 月にやコスト上昇年 月にして︑CCSの導入に向けた動きが閣議決定された﹁低炭素社会づくり

が大きな課題●CCSにかかわる動向活発化している︒ 年の気候変動に行動計画﹂の中で︑CCSについてされて以来︑CCSは有力な温暖化

明記されるなど︑CCSにかかわる

手し︑ 年までに実用化を目指すとは︑ 燃 焼 後 回 収 シ ス テ ム︵

り︑それらを解決する革新的な発電システムの開発が望まれてい300MW級

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︶
︑酸素燃焼システム

微粉炭火力のる︒ ま た︑
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︑燃焼前回

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の大幅な低下関する政府間パネル︵IPCC︶で︑

となってお

2

は 年度以降早期に大規模実証に着対策のひとつとして注目され︑欧米では︑既存のCO 2回収型発電システム

情勢が大きく変化している︒

5を中心に多くの導入計画が発表され

7

08●CCSの現状と課題

20

CCSに関する特別報告書 が採択

次世代発 電技術の 提案

2

5

3
1

[3]

5

09

3

1

である︒

︵後述︶に資金補助を行うことを決･

精製システムの開発に取り組む予定

れる灰は︑ガス化炉内で一旦溶融状

F
S

回収なしに比収システム︵

中心に支援研究を行い︑現在も ｔ

9／日石炭ガス化研究炉を活用した実6外の酸素吹きIGCC技術に肩を並研が試算した各種火力発電技術にお

2

2

･

べる開発レベルに到達したと言える︒

09︵250MW︶に到達し︑ 月〜

NOx︑ばいじんの排出量を低減す
トが運転を行っている︒いずれのプ

電中研は︑IGCCの中核となる●IGCCの普及に向けて

空気吹きドライフィード二段噴流床炉計画が進められ︑現在４つのプラン

年 代 半 ば よ り︑

表1 IGCC実証機の仕様ることが可能である︒図 は︑電中

欧米では

NOx：5ppm（O216% 換算）

3t

送・貯留の具体的な方法に関する技

90

術面︑法制面の課題など︑今後︑検図8 IGCC実証機の全景

08
09ている︒ただし︑現時点でCO 2貯留を商業的に行っているのは カ所
わせた実施例はない︒

年のCCS義務化も視野に積極的な15のみであり︑発電とCCSを組み合

3

72

複合
汽力
メタン漏洩
間接CO2排出量（設備建設、運用）
直接CO2排出量（発電燃料の燃焼）

/kWh)

200

7

[3]

E
U

2

400

05

1000

01

●IGCCの開発動向

エネルギーセキュリティーの確保︑

04

08

環境特性
（目標値）

1

10

方式

6

07

400

定しており︑ 年末までにプロジェク

12

99

20

5

2009.1 ／エネルギーフォーラム
エネルギーフォーラム／2009.1

73

7

出力

8
複合発電
汽力発電

8
3

600

519
600

0

IGCC 微粉炭火力 重油火力 原油火力 LNGCC
0

800

722
766

779
800

1000
メタン漏洩
間接CO2 排出量（設備建設、運用）
直接CO2排出量（発電燃料の燃焼）96590

図7 火力発電技術のライフサイクルCO2排出量
連載◎「電気で温暖化防止に挑戦」

1000
ライフサイクルCO2 排出量(g-CO2/kWh)

第3回 低炭素化に挑む火力発電技術

シフト反応討・整備すべき事項が山積している︒の方式ではCO 2を回収すると送電も含めた実現可能性評価を早急に進が示された段階であり︑コスト評価

める必要がある︒CCSについては︑

端効率︵HHV︶は︑ %前後から%程度まで低下してしまうのに対して︑本システムでは1300℃級

ガスタービンの場合に ％以上と︑極めて高効率でCO 2回収型発電を実現できる可能性があることが分かった︒ただし︑実用化に向けては︑
濃度①システムの最適化︑②ガス化炉性能向上効果の実証︑③脱高ガス雰囲気下での脱硫剤中への炭素析出対策︑④クローズドガスタービ
ンの最適設計と適切な制御方法などの課題がある︒本システムの実現性について︑これらの課題を踏まえた上で︑今後︑詳細な検討評価を進める予定である︒

わが国で開発中のIGCC技術

は︑発電分野では非常にまれな純国産技術であり︑研究開発の開始から年以上を経てようやく実用化段階に入った︒今後は︑内外での普及促進に向けた︑さらなる技術開発を行っていくことが重要である︒また︑中長期的な温暖化対策オプションとなる可能性があるため︑CCS導入に伴う効果と課題を明確にした上で︑将来に備えて技術開発は着実に進めておくことが肝要と考える︒

参考文献

幸田栄一、高橋 徹：日本ガスタービン学会 第 回ガスタービン定期講演会講演論文集、（ 2004/10）
石橋喜孝：日本ガスタービン学会 第 回ガスタービン定期講演会

講演論文集，（ 2008/10）

I P C C S p e c i a l R e p o r t o‌n

Carbon dioxide Capture andStorage, Cambridge, Univ. Pr.
（ 2005/12）
犬丸淳ら：第 回石炭科学会議

発電効率

発表論文集 日本エネルギー学会（ 2007/10）

74

2009.1 ／エネルギーフォーラム●新たな 概念による CO 2回収型
高効率IGCCの提案
電中研では︑将来CCSを実施す
る必要が生じた時の革新的オプションの提供を目指し︑CO 2を回収しながら高い効率を維持し︑プラントの簡素化などによるコスト低減も期待できる︑新しいCO 2回収型高効率IGCCシステムを提案している︒本システムの構成を従来型の燃600

1500℃級

焼前回収システムと比較して図 に示 す︒ 本 シ ス テ ム は︑ 回 収 し た
CO 2を効果的に利用する新たな酸素 CO 2吹き石炭ガス化炉と︑リサイクルした排ガスに酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービ
ンを組み合わせたもので︑酸素燃焼と燃焼前回収を融合したシステムといえる︒本システムのガス化性能の試算を行った結果︑酸素︑CO 2で900

超高効率LNG発電およびCO 2回

1980

1970

1960

1950

1950

44 10

40

1200

40

収型高効率IGCCについては︑現2000 2010年度

1990

複合発電
汽力発電

32

再燃サイクル

20

3H2O

時点ではシステム解析による可能性

・高圧化
蒸気の高温

超臨界圧ボイ36 ラ（%）30

石炭をガス化すると︑CO 2のガス
２ きガ
によって︑従来の酸素 Ｎ 吹ス化に比べて︑ガス化炉性能が向上することが分かった︒また︑プラントの発電効率を試算した結果︑従来超々臨界圧ボイラ

12.5万kW

40

[4]

冷却水

0

[1]

[2]

大容量化[3]

1500

32

最小の
排ガス
損失

300

1100℃級

100万kW

50

空気昇圧機

C
O

ンの高温化
ガスタービ
1300℃級

煙突

排熱回収
ボイラ

M

酸素

水蒸気

㨧

9
ガス化炉
熱交換器

空気分離装置窒素

60

G

ガスタービン

2H2O

蒸気タービン
燃焼器化促進効果︵C+CO 2↓2CO︶

ガス化炉 熱交換器

CO2 の回収

[4]
石炭

25

空気

ガス精製

チャー回収装置

1CH4＋3H2O

ガス化炉

H2

CO2

貯留
圧縮
CO＋H2O→H2＋CO2

煙突

ガス化炉
ガス化炉
ガス化炉
蒸気タービン

水蒸気

排熱回収
ボイラ

ガス精製

CO2

酸素

ガス
タービン
CO2
回収
シフト
反応器

ガス化炉

水蒸気
石炭
酸素

空気
CO2 分離工程

窒素
石炭
酸素

貯留
圧縮

CO2

（a）が新たに提案したシステムで、排ガスのCO2を（b）循環させることでCO2の分解工程が不要となり、の従来型システムに比べて、高効率化およびシステ
ムの簡素化が可能となる。
排熱回収
ボイラ−

ガスタービン
ガス精製
ガス化炉

図9 新たな概念によるCO2回収型
高効率IGCCシステム
蒸気タービン（a）CO2 回収型高効率 IGCC 発電システム―

第3回 低炭素化に挑む火力発電技術（b）従来型 CO2 回収型IGCC 発電システム