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電力グリッドの運用で立ち遅れる我が国

2017年5月25日 内藤克彦 京都大学大学院経済学研究科特任教授

 我が国においては、再エネの導入の議論となると、素人にも分かり易いので直ぐに会社間連系線の話になる傾向がある。欧州の状況を見てみると、TSO(送電会社)レベルの設備増強も行われているが、DSO(配電会社)レベルの設備増強経費の方が数倍の大きさで、電力グリッド増強は主にDSOレベルで行われていることがわかる。

【再エネ接続は本来配電網が主】
 我が国に限らず一般に人口の少ない僻地に自然エネルギーの適地が多いが、このようなところでは電力需要が小さいので、従来の型の給電システムでは、変電所や配電線の能力は電力需要に見合った小さなものになっている。一方で、洋上風力クラスのよほど大規模再エネでない限り、再エネ接続に適するのは一般にDSOレベルの電力グリッドとなる。ドイツでは配電線の増強義務があるので、再エネ接続の都度、関連する配電線や変電所のキャパシティ(容量)が自動的に増加され、上位グリッドに接続する変電所の双方向化が行われる。このため、DSOの設備増強経費はTSOの数倍となっているわけである。

 我が国の場合はどのようになっているだろうか。再エネ開発事業者が接続しようとする場合、末端の配電線のキャパシティが足りないと、①さらに上位の高圧の送電線レベルまで接続線を引き接続させる、②配電線レベルの設備増強費を電力会社が適当に見積もって再エネ事業者に請求書を回す、ということが一般に行われている。①の場合は再エネ事業者が長い接続線と高圧への変電設備の負担を強いられ、②の場合はグリッド側の設備費の負担を再エネ事業者が負わなければならない。いずれにしても強い経済的な抑制効果を生じることとなる。

【ドイツの系統増強費用はインフラ側が負担】
 ドイツの場合には、EEG(再生可能エネルギー法)における「適切な電圧の地点に接続」させる義務により、①は法律で禁じられ、②はDSO側の一般負担で整備されるので、再エネ事業者には負担が生じない。EEGの解説によるとグリッドの増強はグリッドを熟知するグリッド側の負担とすることによって最も経済効率的なグリッド増強が期待できるとされている。

 我が国のようにグリッド側が見積り他人に負担させるシステムでは、経済合理性が働くことは期待できない。英仏のように一部発電負担(5〜50%)を求める場合であっても、全ての発電事業者全体からkWhあたりの公平な負担を求めるシステムとなっている。我が国の場合は、最初の一歩を踏み出そうとする事業者にグリッド側の言い値で全て負担させてしまうわけであるから、発電負担にしても公平性を欠き、かつ、「最初の一歩の出足を挫く」強い抑制効果を持つシステムとなっていると言える。

【欧州の系統運用は市場取引を基礎に広域・実潮流で】
 グリッドの運用においても、欧州は既に遥か先へ行っている。ドイツに限らず欧州のTSOでは、前日市場を正午に閉じると同時に、前日市場の落札結果としての電源配置と需要予測に基づき送配電グリッド上で「実潮流ベース」の送電計算を実施し、市場価格を決定する。ここで市場の選択による電源配置が計算上電力グリッドに収まれば(予め空きグリッドキャパシティを帳簿上設定しているわけではない)、TSOは残存送電キャパシティを算出して、当日市場の参加者に公表し、15:00からの当日市場の運営に備えることになる。

 送電ネックの存在等によりうまく収まらない場合は、Re-dispatch(再給電)を行いう。これは、送電ネック前後の一部火力発電等の発電割当を再調整し、送電ネックの回避を図るものであり、この結果を当日市場用の残存送電キャパシティを実潮流ベースで再度計算する基礎とする。Re-dispatchでもうまく行かない場合に出力抑制を行う。

 市場の落札結果と送電キャパシティとの整合を取る計算は、ひとつのTSOの管内だけで行われるのではなく、欧州全体で同時に行われる。これが「市場のカップリング」である。この計算に際しては、TSO間のやり取りはもちろん、国境を越えた潮流計算が欧州規模で行われ、市場価格の決定も欧州規模で行われる。グリッドのネックがなければ、欧州全体で統一されたメリットオーダーに基づく単一の市場価格となるわけである。実際には送電ネックにより価格分離が多少生じるが、この場合も「実潮流ベース」のグリッド計算により価格が決定されることになる。

 このような流れを見ると、我が国のように実運用の何か月も前からグリッドキャパシティが一杯で接続ができない、というような主張は起こりえないということが理解できる。「予め満杯」と主張する人は、おそらく契約上限値を、人為的に仮定した送電ルート上に積み上げて、送電キャパシティの計算をしているのではないかと思われる。しかし、実際の潮流は人為的に仮定した送電ル−トに限って流れるわけでもないし、需要も供給も時々刻々と変化しているので、実潮流ベースで計算すると、よほど極端なケースでない限りRe-dispatchによりグリッドに収まることになる。ここでは、冒頭に出てきた「会社間連系線」を区別して特別に扱うという発想は生じようがない。

【実潮流ベースの送電容量管理が電力システム改革の根幹】
 米国やEUの電力システム改革の根幹は、実はICTを駆使したこの「実潮流ベースの計算に基づく送電キャパシティ管理」にある。米国では、ISO/RTO(独立系統運用機関・地域送電運用機関)が、このような実潮流に基づく送電キャパシティ管理を行い、EUでは、EU指令・規則にて送電混雑管理は実潮流ベースで行わなければならない旨が規定され、契約ベースの管理を規制している。

 このように欧州では、市場価格決定と送電のキャパシティ管理、送電割り振りは、ICT技術を駆使して、EU規模での実潮流計算により、同時に行っているわけである。これは、グリッド増強以前の送電線運用技術の問題であり、ICTを得意とする我が国が本来先陣を切っていても良さそうなところであるが、このようなグリッド管理技術の面でも、我が国は既にかなり遅れを取っているのではないかと思われる。

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地域の再エネを発掘せよ 兵庫県、小水力発電や再エネ発電設備に支援

兵庫県は5月18日、バランスのとれた再生可能エネルギーの導入拡大に向け、地域団体等に対して、小水力発電の事業化に向けた取り組みを支援する補助金、および再生可能エネルギー発電設備導入に無利子貸付を行う事業の募集を開始すると発表した。
小水力発電の補助金については5月31日、6月9日、6月13日に、無利子貸付事業については6月中旬に公募説明会を開催する。

この事業の名称は、「平成29年度地域創生!再エネ発掘プロジェクト事業」。同県の再生可能エネルギーによる発電量を2015年度の約30億kWhから2030年度に70億kWhに増大させることを目標に掲げた「兵庫県地球温暖化対策推進計画」に基づくものだ。

小水力発電の勉強会、現地調査、先進地視察等に補助金

小水力発電についての補助金では、地域団体等に対して事業化検討に必要な立ち上げ時の取り組み(勉強会、現地調査、先進地視察等)および事業化に必要な基本調査・概略設計等(流況調査、測量調査、既存設備劣化診断、地質調査等)の経費の一部を補助する。

補助限度額は、立ち上げ時の取り組み支援が30万円、基本調査・概略設計等補助が500万円(補助率1/2)。募集締め切りは6月30日。前者は書面審査、後者はヒアリング審査も行い、採択団体をそれぞれ7月中旬、8月下旬に決定する。

再エネ発電設備導入に無利子貸付。優れた事業は補助金申請も

再エネ発電設備の導入経費の一部を支援する無利子貸付は、小水力発電や小規模バイオマス発電など全県的なモデルとなり得る地域団体等の取り組みに対して、ひょうご環境創造協会(兵庫県神戸市)と連携して実施する。

対象事業は、県内に地域団体が主体となって新たに再生可能エネルギー発電設備を導入し、固定価格買取制度を活用して、継続的に発電を行う事業(太陽光発電については、特に先進モデルと認められるもののみ)。

対象団体は法人格を有する自治会、マンション管理組合、NPO法人等。貸付期間は20年以内、貸付利息は無利子、手数料は毎年、貸付残高に0.2%を乗じた金額、貸付限度額は3,000万円(ただし、設備導入に必要な経費の80%を上限)。

応募があった書類について書面審査を実施し、書面審査通過団体を対象に、学識者、専門家等で構成する審査会においてヒアリング審査を実施し、採択団体を決定する。
また、審査会において特に優れている事業として採択された団体は、ひょうご環境創造協会が実施する「再生可能エネルギー発掘プロジェクト支援事業」(補助率1/3、補助限度額3,000万円)に申請することができる。

募集締切は8月31日、10月中旬に審査を実施し、11月中旬に採択団体を決定する。




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住民が出資 小水力発電 高知・土佐山、売電収入を地域活動に
2017/5/20 6:02
日本経済新聞 電子版
 高知市北部の中山間地、土佐山で住民らが出資して小水力発電会社を設立した。集落内を流れる谷川に最大出力49.9キロワットの水車型発電設備を建設し、再生エネルギーの固定価格買い取り制度(FIT)に基づき全量を四国電力に売電する。売電で得た収入は集落維持や活性化の資金にあてる。地域活動を目的にした住民主体の小水力会社設立は四国初という。

 土佐山の高川地区の住民で組織する一般社団法人「高川区」と、小水力発電所の企画・設計をてがける地域小水力発電(高知県香美市)がそれぞれ100万円出資し、4月末に「土佐山高川区小水力発電株式会社」を設立した。今後さらに増資を募る。

 建設費は大半を民間金融機関からの融資でまかなう予定。今後、水路を管理する高知市へ使用許可申請などの手続きに入る。2017年内に建設に着手し、18年中の発電開始を計画する。

 集落内を流れる高川川の支流、工石谷の標高494メートルの地点に取水口を設置する。総延長540メートルの導水管に水を通し、取水地点から87メートル下の河川沿い地点に設置した水車を回して発電する。

 発電量は年間約28万キロワット時。1キロワット時あたり34円(税別)の固定価格で四国電力に販売する。期間は20年間。売電収入は年間930万円を見込み、総事業費8400万円や減価償却費、維持費を差し引いても年間約50万円が地域の収入になる。

 高川地区には現在は約60世帯130人が暮らす。過疎化で地域活動への参加人数や活動資金が細る中、共用施設の管理・修繕などの費用を売電収入でまかなう。高橋幹博・高川区長は「桜の植樹や祭り開催など地域に人を呼び込む活動にも生かしたい」と話す。

 全国小水力利用推進協議会(東京・豊島)によると、ここ数年で住民がかかわる小水力発電会社は長野県飯田市や岐阜県郡上市などで立ち上がっているが四国では今回が初のケースという。


 地域小水力発電は高知県馬路村などで小水力発電所の企画・管理を手掛けている。自社設計のノウハウやコストダウンの手法を積み上げており、古谷桂信社長は「四国の恵まれた水資源を生かして小規模でも地域が収入を得るモデルを高知から発信したい」と話す。

 ▼小水力発電 ダムのような大規模構造物を必要としない、小河川や用水路などを活用した小規模な水力発電。はっきりした定義はないが出力1000キロワットト以下の発電設備を総称して呼ぶことが多い。様々な場所に設置することが可能で、環境負荷が小さいなどのメリットがある。

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再エネ新時代における木質エネルギーの役割

ポストFITの入札に困惑するドイツの木質バイオマス発電(その2)


助成期限の切れた発電プラントの更新問題

ドイツのFITは2000年にスタートしているから、20年間の支援期限を迎える発電プラントがこの数年後から続々と出てくる。これらの既存プラントがまったく更新されなかったとしたら、バイオマス発電の総キャパシティは急速に縮小していく。その様相が図1に描かれている。

2015年の時点で設置されたバイオマス発電プラントの容量は680万kW(再エネ発電全体の7.4%)で、木質系(リサイクル材、固形バイオマス、紙パルプ)に限ると160万kW(同1.7%)である。いずれにしても過去15年間に相当に速いスピードで伸びてきたが、設備の更新がなければ2020年から2035年まで同様の速いスピードで縮小することになる。

図1 EEGで設置されたバイオマス発電プラントの推移 プラントの更新がなされなかった場合
図1 EEGで設置されたバイオマス発電プラントの推移
プラントの更新がなされなかった場合

問題は、助成期限が切れたあとも設備の改善、更新を図りながら運転を続けられるプラントがどれほどあるかである。昨今の卸電力の価格はkWh当たり3セント台にまで低下しており、大部分のバイオマス発電プラントは助成なしにはやっていけない。FITに次のラウンドがないとしたら、17年から始まる入札に加えてもらうしかないのである。

入札への参加を巡る紆余曲折

EEG−2014の条文には、バイオマス発電を入札の対象から外すとは明記されていないが、筆者の印象では、小規模のプラントについては報償額を引下げたうえでFITを継続させ、規模の大きいものは、いずれ助成を打ち切るという方針のように思えた。バイオマス発電の業界団体もこのように解釈して、強く反発し、是正を求めたのである。
翌15年の7月になって、経済エネルギー省から入札制度についての見解が示された。一般入札の対象として明記されたのは、陸上風力、洋上風力、太陽光発電の三者である。水力発電については今後の新設があまり見込めないことと技術改善の余地が乏しいという理由で対象から外れ、また地熱発電は計画プロジェクトの数が少なすぎて競争入札には向かないとされた。

バイオマスについては新設プラントと既設プラントで判断が分かれている。まず新設プラントを入札に参加させるのは適切でないとした。というのも14年の制度改革で、今後の助成は低コストの風力、太陽光発電に重点をおくという基本方針が出ているからである。新設でバイオマスプラントの数を増やそうとすれば、当局が目標としている助成額にkWh当たり5〜8セントの上乗せが必要となり、制度改革の意図に反すると言うのだ。

他方、既存のプラントについては、業界団体などから、新しいプラントをつくるよりも、既存プラントの拡張、ないしはFIT終了後のフォローアップ助成でより一層の低コスト化が可能になるという指摘があり、ペンディングになった。継続審議である。バイオマスプラントからの発電量がすでに500億kWhに達しているだけに、図1のようなかたちでプラント数が減少するとしたら、その影響は計り知れない。どのみちある程度の存続を認めるしかないのだが、当局にも妙案がなかったのであろう。バイオマスプラントの入札参加やフォローアップ助成に関して広く一般の意見を求めている。


この諮問に答えるかたちで、連邦バイオエネルギー協会(BBE)は「意見聴取に対する態度表明」を公表し(15年9月)、続いてドイツバイオマス研究センターがバイオマスの入札制度について、かなり詳細な提案を行った(16年1月)。後者の提案で筆者が注目したのは次の事項である。
  • 入札への参加は新設、既設の両方のプラントに開かれているべきで、助成期間はそれぞれ20年と10年とする。また固形バイオマスとガス状バイオマスはコスト構造が違うことから入札を分けて行い、年ごとに交代で実施する。
  • EEG−2014では、新設プラントの上限を10万kW/年としているが、これでは2021年からプラントの現存量が次第に減少していくことになる。また、熱電併給プラントが多いことから、発電量のみならず、熱供給の縮小も避けられない。この上限を20万kW/年に引き上げるべきである。
  • 入札付値の上限は、新設プラントは一律に19セント/kWとし、既存プラントは過去5年間の平均報償額とする。
この提案の一部はEEG−2017に取り込まれた。

EEG−2017に書き込まれたバイオマス入札の要点

バイオマス発電の最初の入札がこの9月に行われることになっているが、その具体的な実施方法についてはまだ公表されていない。EEG−2017に書き込まれた要点を摘記すると次のようになる。
  1. 電気出力150kW以上の新設および既設プラントは入札に参加できる。
  2. 入札で決められる設置容量の上限は、2017〜19年:15万kWh、2020〜22年:20万kW。
  3. 助成期限の切れる既設プラントも10年間のフォローアップ助成が受けられる。ただし需要の変動に対応するフレキシブルな発電が要求されるようだ(入札の条件等についての詳細は公表されておらず、実際にどうなるかは現段階では分からない)。
  4. 2017年の入札における付値の上限は、固形バイオマスの場合、新設:14.88セント/kWh、既設:16.90セント/kWh
  5. リサイクル材(Altholz)で発電するプラントは、現在のEEGの支援期間が切れたあとは入札に応募できない
この規定は、関係業界の要望を一部取り込んだ妥協の産物である。その結果、制度改革の理念が多少歪められる一方で、バイオマス業界にも強い不満が残った。どこに問題があったのか。それが次回のテーマである。

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ポストFITの入札に困惑するドイツの木質バイオマス発電(その1)

はじめに

ドイツでは今年から改正再エネ法(EEG−2017)が発効して、ポストFITの入札が始まった。木質バイオマスの分野でもこの9月に第1回目の入札が予定されており、電気出力150kW以上の発電プラントがこれに参加することになっている。

固定価格買取制度から入札制度への移行が法律に明記されたのは、2014年の夏に発効したEEG−2014においてだが、ここには木質バイオマス発電にとって、きわめて厳しい条項が含まれていた。新設プラントに対する報償額(電気の買取価格)が大幅に引下げられたうえに、新しく始まる入札にも参加できない可能性が示唆されていたからである。

木質バイオマス業界に衝撃が走った。これによって発電プラントの新設は完全にストップするだろう。20年の助成期限を過ぎた既設のプラントも次のラウンドに応募できないとなれば、次々と操業停止や破産に追い込まれる可能性が高い。そうした不安が一挙に広がったのである。

関係する政治勢力を動員して陳情が続けられた。その結果、バイオマス発電プラントは新設、既設ともに本年からの入札に参加できるようになったのだが、これで明るい展望が開けたわけではない。風力や太陽光による発電のコストが急速に低下していくなかでバイオマスの発電コストが高止まりになっている事実は動かないからである。バイオマスに与えられる毎年の設置容量は厳しく制限され、入札付値の最大値も低く抑えられている。

FITの行き着く先が、発電コストの多寡だけを問題にする「競争入札」であるとするなら、多面的な役割が期待される木質エネルギーの振興策として、FITは適切とは言えないのではないか。そのような思いが、ふと脳裏をよぎる。ドイツEEGを巡る状況の変化を追いながら、この点を検証してみたい。

狙われたバイオマス発電

EEG−Reformと呼ばれる制度改革が公表されたとき、ドイツの経済エネルギー省は声明文のなかで「過去の過大な請求を切り捨て、ボーナスを取り消し、支払額を段階的に引下げる」と宣言した。これを見て「バイオマス発電が狙われている」と直感したのは筆者だけではあるまい。

ただし主に狙われているのは、木質系ではなく農産系のバイオマス発電である。2015年の統計によると、ドイツの場合、再エネによる発電量は1,873億kWh(総発電量の何と31.6%!)、このうちの28.6%はバイオマスによるものだが、バイオマス発電量の8割近くは農産系で、最も多いのがトウモロコシの茎などを嫌気発酵させて発電する「バイオガス発電」だ。FITのお陰で電気が高く売れるようになり、エネルギー用トウモロコシの作付面積が急速に広がった。このことに批判や非難が集中したのである。
木質を含む固形燃料による発電は、燃料を直接燃やすか、あるいは木材を熱化学的にガス化して発電するもので、電気のつくり方がまったく違う。ドイツのFITでは、この両者に同一の基本レートが適用される。違うのはボーナスのつけ方だ。

2009年の時点で、バイオマス発電にどのようなボーナスがついていたか見てみよう(表1)。FITの報償額(買取価格)は、発電プラントの電気出力で区分される4つの規模別クラスごとに決められている。発電事業者が受け取れるのは基本レートとボーナスの合計額だ。バイマス発電の場合、基本レートはそれほど高くないのだが、さまざまな種類のボーナスがつくため、基本レートの倍くらいの報償額が受け取れる。経済エネルギー省からすれば、農林業の関係団体が画策する「お手盛り」のように見えたのかもしれない。

表1
表1 ドイツEEG−2009のバイオマス発電への報酬額
単位:ユーロセント/kWhel
出所)DBFZ:Zuarbeit EEG Erfahrungsbericht,Vorhabenlla Biomasse,Juli 2014

ただ、FITがスタートした2000年当時はボーナスがなかった。発電事業者が受け取れるのは表1の下段にある基本レートだけで、額も低く出力規模による違いも比較的小さい。そのせいかFITに応募してくるのは建築廃材などのリサイクル材を燃やす大型発電に限られていた。それが2004年と2009年のEEGの改正で中小規模のプラントを中心にさまざまなボーナスがつけられるようになる。

2014年の制度改革が衝撃的であったのは、このボーナスがすべて一挙になくなったことだ。つまり表1の最下段にあるように、スタート時とあまり変わらない状態に戻ったのである。条件に恵まれた発電プラントであれば、このレベルの報償額でも引き合うだろう。例えば、比較的安価なバイオマスが確保できるとか、熱の安定した出口があるといった条件がそれだが、恵まれた立地はだんだん少なくなっており、バイオマス発電プラントの新設は激減するというのが、業界団体の見立てであった。

比較的うまくいっていた木質バイオマスのFIT

ここで木質バイオマスに話を戻そう。農産系の発電量が急速に伸びたために、バイオマス発電に占める木質の比率は近年では2割程度にまで落ちてきているが、FITの運用自体は比較的うまく行っていたように思う。というのも、木質バイオマスを巡るマテリアル利用との激しい競合を回避しながら、中小規模の熱電併給システムを普及させるという政策目標がある程度達成されたからである。

バイオマスFITが欧州でスタートした2000年代前半を振り返ると、各国には二つの選択肢があった。一つは比較的低い共通の買取価格を設定して、このハードルをクリアできるプラントだけを助成の対象とするやり方であり、いま一つは出力規模、熱電併給の有無、使う燃料の種類、発電技術の種類などに応じて、報償額を差別化する方式である。前者の場合は下手をすると出力規模の大きいプラントばかりが選ばれてしまうだろう。ドイツはこれを嫌って、規模の小さいプラントにも市場参加のチャンスを与え、競争力をつけさせるという第二の道を選択した。筆者が感心したのはこの点である。

政策誘導の手段として使われたのが割増つまりボーナスである。固形バイオマス発電では次のような割増がある。表1の500kW以下のクラスを見ていただきたい。発電と共に熱も生産して利用していれば、kWh当たり3セントの「CHP割増」がつく。またスターリングエンジン、オーガニック・ランキンサイクル(ORC)、木材ガス化発電のような新しい発電技術を導入すれば2セントの「技術割増」がもらえる。そしてとくに大きいのは原料割増だ。林地残材や修景残材のような、マテリアル利用とあまり競合しない自生植物原料(Nachwachsende Rohstoffe)で発電すれば、6セントものボーナスがつく。

上記の3種類のボーナスを単純に合計すると11セントになり、小規模の熱電併給システムが得られる最大報償額は20セントを超えることになった。さらに基本レートの時系列的な変化をたどると、小規模ほど引き上げ幅が大きく、大規模では逆に大きく引下げられている。小規模優遇の姿勢はまことに鮮明である。

大規模プラントの報償額が引下げられた一つの理由は木質原料の需給がタイトになってきたからである。木質原料の本流は、製材、合板、木質ボード、紙パルプ製造などのマテリアル利用であり、そのおこぼれがエネルギー利用に向けられてきた。FITの買取価格をむやみに高くすると、マテリアル業界からの強い反発を招く。

ドイツでも2010年前後からマテリアル部門での原料不足と価格の高騰はFITのような補助金によるものだという論議が頻繁に聞かれるようになった。ドイツ木材加工材料協会(VHI)のような強力な業界団体が先頭に立ってそうしたキャンペーンを繰り広げるのだが、彼らが求めたのは「カスケード利用」の徹底である。早く言えば、マテリアル利用を優先させ、その残りをエネルギー利用に向けるべし、という主張である。

こうした圧力が背景にあったのであろう。2012年のEEGの改正で5,000kW以上の発電プラントは基本レートが7.8セントから6セントに引下げられたうえに、3セントのCHP割増もつかなくなった(中小規模のクラスではCHP割増が基本レートに組み込まれた)。木質バイオマスによる大規模発電はここで息の根を止められたと言っていい。

以上に見たように、出力規模による基本レートの差別化や各種のボーナスは、木質バイオマス発電の展開方向を誘導する手段として使われてきた。政策手段であれば多少とも「お手盛り」になるのは避けられない。ただここで強調しておきたいのは、小規模優遇のスタンスが徹底していたことで、ORCや小型の木材ガス化発電システムが実用化されて、普及したことである。これまで木質バイオマスの発電装置と言えば、おおむね蒸気ボイラ・蒸気タービンの大型施設に限られていた。よほど出力規模を大きくしないと、発電効率が低くて、採算が取れない。小規模な分散型熱電併給システムの登場は、その意味で画期的なことなのである。

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