Joe.H のバイオマス・ECO活動

最新バイオマス・ガス化/オイル発電等再生可能エネルギ‐設備・最新技術情報の紹介と実践報告です!

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 今回の話題は、大(中)規模バイオマス発電ビジネスを計画・開始するなら、どの様な方式がベスト、大本命かについてです。
発電規模は一応10MW〜100MW程度が想定規模です。

尚、1〜2MWの中小規模のバイオマス(バイオ油)発電ビジネスなら、下記を参照下さい。

或いは、50KW〜2MWの中小規模のバイオマス・ガス化(木質チップ)発電ビジネスなら、例えば、下記を参照下さい。


 固定買取制度(FIT:Feed-In Tariff/下記添付図参照)を利用したバイオマス発電ビジネスを実施するなら、やはり本命は何でしょうか??
やはりそれはバイオマス・ボイラー方式でしょう!??
先ず設備経験豊富だし、国内に素晴らしいボイラー・メーカーも多いし、皆で渡れば怖くないし、リスクゼロです!!
。。。という人は以下は不要です

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 貴重なバイオマス原材料(木質、油脂、等)を使って売電ビジネスを行うなら、発電効率の最大化(使用原材料の最小化)を狙いたいものです!!
下記が現状のFIT電力買取(売電)価格(消費税別途)です。

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 実は、大本命の第一は、原材料としてバイオマス・オイル(上記24円+消費税)を使うバイオ油ディーゼル発電です!!
 但し、このバイオ油ディーゼル発電は、バイオ・ディーゼル発電とは異なります。ワザワザ、バイオ油(植物油、動物油)とメタノール(アルコール)と反応させ、BDF化(バイオ・ディーゼル油、http://blogs.yahoo.co.jp/hirai476/18861008.html)することなく、直接バイオ油(SVO)を使った方が、遥かにエネルギ-的にも、採算上も効率的です。但し、エンジン選択や補助装置の付加が必要となります。

理由は限られた投資額で、発電量最大化が可能だからです。勿論、既に紹介している様に、当方で扱うガス化はそんな過大な価格ではありません(12億円@2MW程度)が、チマタではガス化発電2MW=20億円とも言われています。
仮に、この金額を投資可能なら、ディーゼル発電なら10MW以上の発電が可能です。対原料発電効率は,複合発電なら49%超が可能です。詰り、5倍の発電量=5倍の売上(FIT)、利益も倍増となります。

 以下は、当方で最近纏めた50MWの高効率バイオマス発電方式の提案書(概略版)をご参考までに掲載します。
これは、現在、別顧客で検討から実施に移りつつある中規模10MW,及び大規模75MWプロジェクトでも全く同じ論理です。

高効率バイオマス発電方式のご提案
1.はじめに
 電力固定価格買取制度(FIT)に基づいたバイオマス原料を使うバイオマス発電方式には幾つかの方法があります。下記にその代表例を示します。
1)バイオマス・蒸気ボイラー+蒸気タービン発電方式
2)バイオマス・ガス化+ガス・エンジン発電方式
3)バイオマス油・ディーゼル・エンジン発電方式
等です。
次に、これら各方式について、その特徴を簡単に纏めます。

2.バイオマス蒸気ボイラー+蒸気タービン発電方式
 ボイラーは油、ガス、或いは石炭等を原料として、高圧蒸気を発生させます。この蒸気エネルギーで蒸気タービンを回転させ、その動力を電力に変換し発電する方式です。固体燃料として、バイオマス原料(木材チップ、ペレット、PKS等)を使うことにより、FIT対象の売電が可能となります。本方式の主な特徴は次の通りです。

1)最も普及している方法ですが、特に50MW程度以下だと原料に対する発電効率が低くなります。この結果、高価なバイオマス原料の使用量が、単位発電量当たり、この3ケース中で最大となり、原料使用率の観点では非効率、不利です。

2)より大型ボイラー発電なら排熱ボイラー等を組み合わせた複合発電(CC)も可能で、発電効率の向上が可能です。但し、これらの機器コスト増となり、採算性の検討が必要となります。

3)蒸気発電ボイラーは、電気事業法等により定期点検等による稼働率低下、保守費増、及び有資格者(ボイラー)配置等も必要となります。

4)従って、低リスクな反面、一般的に50MW前後迄の規模だと、低発電効率等の理由から、高価なバイオマス原料を使うFITビジネスでは採算的に苦しいと思われます。特に、バイオマス原料を、他の方式に比べ多消費する為、バイオマス原料費単価の変動が直ちに採算性に大きく影響を及ぼします。

3.バイオマス・ガス化+ガスエンジン発電方式
 この方式は、ボイラー方式の様に、バイオマス原料を完全燃焼させないで、一部だけ空気(又は酸素)及び蒸気で燃焼させ(10−20%)、その熱で残バイオマス原材料を熱分解・気化させ、ガス燃料を先ず得ます。このガス燃料を精製したものが合成ガス(SynGas)と呼ばれるクリーン・ガス燃料です。
天然ガス、バイオ・発酵ガス等と同様に、これらの合成ガスを使いガス・エンジンから動力エネルギ-を得て発電機をまわし、そして電力を得る発電方式です。この方式も同様に固体バイオマス原材料を使いますので、FIT対象の売電ビジネスが可能となります。
輸入PKS(ヤシ殻)、チップ/ペレット、竹等なら未利用材24/KWh(消費税別途)で売電が可能です。本方式の主な特徴は次の通りです。

1)ボィラー発電方式に比べ高発電効率が得られます。各種ガス化方式がありますが、通常、ガス化+ガス・エンジン発電機を含め26〜29%程度の発電効率です。ガスエンジン排気ガス熱を利用した複合発電を行えば、30〜33程度迄の発電効率が得られます。今回は、弊社OEM先技術(インド)を使い高効率ガス化技術(流動アップ・ドラフト方式)+大型高効率ガスエンジン発電機との組み合わせで、発電効率31-32%をガス化+ガス・エンジン発電で実現し、加えて排熱蒸気タービン発電(HRSG)で、+4%程度を実現し、合計35〜36%前後の高発電効率を達成します。

2)ガス化方式は1基当たりの発電能力が低く、通常は200〜1,000KW, 最大でも5〜6MW 程度です。今回は1基当たり12.5MWの大型ガス化炉を新規設計し、50MW4基構成・並列運転とします(代替ガス化炉として、イタリアINSER社高効率・純酸素仕様ガス化炉も併せて検討します)。熱回収最大化等によりガス化炉の高効率化を図ります。

3)同様に、(合成ガス用)ガスエンジン発電機も通常は500−1,000KW程度の能力ですが、最大3〜6MWクラスの大型ガス・エンジン発電機を設置します。今回は高効率化を特に狙い大型ガエンジンの並列接続によりガス化発電方式はより高信頼性が得られる反面、多少操作員増となります。

4)次項ディーゼル・エンジン発電方式に比べ備投資額が増大します。但し、蒸気ボイラー発電方式より、高効率、かつ低価格ガス化方式の選択により投資額減の見込みです。発電効率の高さから蒸気ボイラー発電方式より、可成り採算性は向上します。

5)最大の懸念材料は、特に、50MWクラスのバイオマス原料を使った大型ガス化発電設備は皆無です。豊富な石炭、或いは一般廃棄物原料を使った例は珍しくは無く、ガス化装置技術も類似です。

6)ガス化方式の最大の利点は、液体バイオマス油に比べ、比較的に豊富な、そして安定した価格の固体原材料(PKS等)を使い、高効率発電が実現できる為、より少量の使用原料で高採算性が得られます。
尚、PKSの様に、海外からの輸入品に頼らずとも国内にもいろいろ処分に苦慮するバイオマス原材料はあります。例えば、キノコ廃菌床です。ガス化装置によっては使えませんが、こちらは問題なく原材料化できます。

4.バイオマス油ディーゼル・エンジン発電方式
 軽油、重油を使ったディーゼル・エンジン発電、或いは発電所は数多く存在します。特に舶用大型ディーゼル・エンジンは、大型化、中(低)速回転、高信頼性が得られ、かつ実績も多々あります。
 今回は、FIT適用と言うことで、軽油・重油に代わりバイオマス・オイル(日本ではバイオ・オイル)を使った発電方式をご提案します。バイオ・オイルと言っても、BDF(バイオ・ディーゼル油)の様に、粘度変性処理油・化工油ではなく、パーム油、大豆油を直接燃料として使います(SVO方式)。
日本では、実例は余り多くないのですが、海外の大型発電所では多くの実績があります。下記の表での最大規模例は85MWeですが、他には100MWeを超えるものも存在します。この様に植物油を直接使用し効率的な大型ディーゼル・エンジン発電機で発電でき、未利用パームオイルなら、FIT価格24/KWhで売電が可能です。

 下記はMAN社説明書に掲載(http://powerplants.man.eu/docs/librariesprovider7/brochures/green-power-maxiumum-benefit-from-liquid-biofuel.pdf?sfvrsn=8)されている(MAN自身が納入したも)バイオ・オイル(SVO方式)の導入例のテーブルであり、その一部です(ライセンス先は除く)。 発電規模も小中大規模迄あります。1台のエンジンでも、18V48/60なら、17.5MWeも発電が可能です。尚、右側の欄が油種です。多くの例は固化し易い(常温固化の)パーム・ステアリン(Stearin)ですが、他に牛脂(Tallow),未精製パーム油(CPO),特に酸化度(酸価値=Tan:Total Acid Number)が進んだ油(Tan-15,40)、廃食油(Used Cooking Oil)等も使われています。何れも燃料費が特に安価な部類の油種グレードです。
MAN社は全てのエンジンでSVO方式で稼働を保証している最大(唯一の)エンジン・メーカー(原則ライセンス先も含め)です。
但し、国内にもMAN社のライセンス先の企業は、川重、三井造船等数社が有りますが、何故かこちらは例外(?)の様で、彼らはSVOの使用を(原則)認めていない様です
 
世界の常識は日本の非常識、日本の常識は世界の非常識です

加えて全く同じエンジン・モデル,同じ性能でも、国内販売価格は何故か別で2〜3倍もする様です

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 本方式の主な特徴は次の通りです。

1)主要な発電設備は、極めて簡単シンプルな構成です。高性能中速回転ディーゼル・エンジン発電機のみです。前述の様な蒸気を発生するボイラーや合成ガスを製造するガス化装置等、前段の処理部は全て不要です。()植物油を直接ディーゼルエンジン燃料として使います。但し、油貯蔵タンクは必要です。油性状(固化温度)によっては、加温設備も必要ですが、熱源はエンジン排気ガス熱で充分です。

2)現在、別顧客プロジェクトで使用予定の独MAN社のディーゼル発電機なら、1基で8.76MWの発電100%負荷)迄が可能です。
下記写真がそうです。
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 メーカー保証の下、各種バイオ・オイルを使用可能です。今回の例は大型ディーゼル・エンジン6基構成で最大52,560KW=6 x 8,760KW)迄の発電ができます。更に、エンジン排気ガスの熱エネルギーを有効利用すれば複合発電(CC)が可能であり、何ら追加燃料無しで、更に約3,680KW程度も発電ができます。合計発電量は最大56.24MW程度です。但し、ガス化方式との比較から発電量を50MW(負荷率88.9%)に抑えてあります。
下記の写真が、上記の大型ディーゼル・エンジン(MAN 18V32/40),6基構成で最大52,560KW=6 x 8,760KW)迄の発電所の内部写真です。

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3)国内ディーゼル・エンジン・メーカーが再生可能エネルギーに関心が薄いか、或いは保守的で国内導入例は少ない状況です。今回はMAN(設計)エンジン(中国MAN認定OEM)製品を有利な価格で輸入予定です。この様な大型、高効率バイオ・オイル発電は殆ど国内の導入事例は、過去に存在しないと思われます。

4)プロジェクト工程も、他の発電方式に比べ短縮可能だと思われます。系統接続、設備認定後、2年以内で稼働できます。従って、低投資額と併せ、投資回収期間も短期で可能な見込みです。

5.概略の採算計算例
 今回は特に高効率発電設備(発電効率30%以上)の実現と言う大前提で、低効率の2.ボイラー方式は除外し、3.ガス化方式及び4.ディーゼル発電方式の採算性の計算例を下記に示します。但し、これは1例であり、種々の前提条件や付加設備の有無等によって投資額、採算性は変わり得ます。

 ディーゼル・エンジン発電方式であれば、下記に示す様にエンジンの大きさから6基構成による複合発電方式(100%負荷運転)だと最大合計56.24MWの発電が可能ですが、50MW(88.9%負荷)の運転に抑えてあります。投資額は主要設備のみですが、100億円(+/−)の投資額で、年92.6億円の電力売上(電力3.5%自家消費)、原料油費(パーム油)は57.7億円です。年間利益は25億円となります。減価償却費(15年定額償却)を考慮したフリー・キャッシュ・フロー額は31億円/年となります。最終的に投資回収は3.2年となり、極めて高採算性です。

 次はガス化発電方式です。FPT社の新規開発の12.5MWのガス化装置4基を並列接続し、10−15基前後のガスエンジンを設置します。代替案として、5MWの新ガス化方式(弊社提携先イタリアINSER社純酸素使用の新型ガス化炉10基構成)も併せて検討します。ガス・エンジン数は、今後の詳細検討で増減し得ます。いずれにしても、ガス化装置で50MW発電可能とすると、添付表の複合発電ケースでは、投資額は177億円程度が必要な見込です。この場合、電力の売上額(5%自家消費)は年91.2億円で、原料費(PKS)29.5億円、年間44億円の利益が予想されます。キャッシュ・フローなら56億円もあります。また投資回収は3.2年となります。
ガス化方式最大の利点は原材料費(29.5億円)がディーゼル方式(57.7億円)の半分50%です。但し、設備費は、逆でガス化発電方式はデーゼル発電方式の1.8倍弱(=176./100)も必要です。

6.お薦めのバイオマス発電方式?
 以上の各発電方式の概略の説明と採算性の計算例から、結論としてバイオ・オイル(パーム油等のSVO)を使ったディーゼル発電設備(添付写真)方式が最適・最善のFIT向け発電方針であると考え,ここにお薦めします。

 今後、詳細な検討により、投資額や採算性は変わり得ると思います。但し、原料油の手当ですが、添付計算例の価格78.26円/Kg(72円/L)程度なら充分入手可能だと思われます。添付の計算例の様に極めて高採算性ですから、仮に多少オイル価格が変動しても、或いは設備投資費が増大しても、採算上は全く問題無い水準だと思います。

 通常のボイラー方式の発電効率20%台に比べ、中型ディーゼル発電方式なら35〜38%程度です。
今回ご提案のシステムは、更に高効率大型複合ディーゼル発電方式の採用により49%強(単純なエンジン発電でも45%+)と言う極めて高発電効率が得られます。
 49%と言う発電効率は、固形バイオマス燃料発電でも、他のあらゆる発電法式でも、この規模、投資額では達成できません。

 但し、バイオ油の調達、特に長期一定価格での調達等に不安要因があるなら、複合ガス化発電方式を次善の策としてお薦めします。投資回収年は共に3.2年程度で差はありません。仮に、高投資額が許せば、ガス化発電方式も極めて高採算性です。

7.今後の検討
 ご提案が承認されれば、その後の作業は概略下記ととなります。
1フィージビリティ・スタディの実施
 立地調査、法的調査と確認、原料調達とコスト推算、プロジェクト・スコープの纏め、機器構成の確定、資金の確保、EPC業者選定。。。等と並行し、設備認定、系統接続申請・契約等の準備、提出などの作業が必要です。期間は最低4〜6ヶ月程度です。
2)プロジェクト・スタート
 選定されたEPC企業の下、バイオ発電所の各種申請業務、詳細設計、資材調達、建設・土建・電気工事等を行い工事を完成させます。工期約15〜20ヶ月程度の見込みです。
3)試運転、引き渡し
 試運転は1〜2ヶ月もあれば、恐らく問題無いと思います。併せて、運転操作員の教育(運転操作、定期点検、自主保守、安全等)を、EPC、或いは機器納入業者等から受けます。
4)商業運転開始
 バイオ油・ディーゼル発電機、他が正常に運転出来て、かつ連続運転できる見込がつけば、いよいよ送電開始となります。併せて、定期的にバイオ油等の原材料受け入れ、保守作業も開始されます。

下記は、MAN大型エンジン発電所(18V32/40)の別の写真例です。

イメージ 1

下記は、エンジンと発電機別々の写真です。
発電機はフランスLeroy-Somerの高効率発電機を独MANの大型エンジンと組み合わせ、高効率発電と低額投資が可能となります。尚、発電機はお好みで他メーカー製の選択も可能です。
イメージ 2          
 次はバイオ油発電とバイオマス・ガス化発電の採算計算(投資対FIT売上利益)の1例です。実際の投資額と採算性は諸事情により変わります。

イメージ 12                                
下記はMANエンジン(18V32/40)と発電機(LSA58 125/8P)の仕様です。

イメージ 3
イメージ 4

 上記のエンジン・サイズ(A〜H)は、下記の図に対応しています。
下記はMANエンジン・シリーズの最小機6気筒L(直列)型、発電2,885KWeから、最大機18気筒V型8,761KWeの発電迄が1台で可能です。共に、シリンダー口径32cmの大型ピストン、中速(毎分750回転@50Hz,720回転@60Hz)であり、すべてのシリーズ全機同じ高発電効率です。
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イメージ 10

 上記テーブルは、MANの32/40シリーズ(シリンダー径320mm、ストローク長400mm)の気筒数(6〜18)とエンジン出力(KWm)です(https://marine.man.eu/docs/librariesprovider6/4-Stroke-Engines/l-v-3240-four-stroke-diesel-engine.pdf#search='MAN+18V32%2F40';) 。 L型(直列)は6〜9気筒(Cyl.)、V型は12〜18気筒まであります。1気筒当たり500KWmであり、エンジン出力は気筒数に正比例し、エンジン燃料効率は全て同じ高効率出力です。

 最大機種は18気筒の18V32/40であり、エンジン出力9,000KWm、発電機出力8,761KWeです(上記仕様参照)。
一方、最小機種は6L32/40であり、エンジン出力3,000KWm、発電機出力2,885KWeとなっています。
従って、全体が10MW(+)程度の発電規模なら、組み合わせ例ですが、信頼性等を考慮し4台構成、エンジン出力6L32/403,000KWm)x4=12MWmとなります。発電出力なら2,885KWe x 4=11,540KWeとなります。
 同じ発電規模で類似の組み合わせ例は7L32/40x3セット=10.5MWm、或いは12V32/40x2セット=12MWm等の組み合わせ方もあります。
 20MWの場合、14V32/40x3セットで計画中です。発電量は、6,789KWex3=20,367KWeがグロスの発電量となります。

追伸)H.29.02.15
 パーム油を使う(大型)ディーゼル発電の説明・紹介は下記のH.P.にもあります。併せて、ご参照下さい。
追伸)以上

では、また。。。
Joe.H

追伸)
 上記Blog記事は、一般公開情報です。
 何かご質問、ご要望、及びご意見等の具体的な相談のある方は、必ずご本人氏名、連絡先電話番号等を添えて、下記へ直接ご連絡下さい。
尚、H.P.経由なら『お問い合わせフォーム( http://www.biofuels.co.jp/page7.html )よりお願いします。 
以上

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