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火力発電＝石炭火力篇＝

目次
０．イントロ
１．天然ガス　１－１．LNG　１－２．シェールガス
２．石炭火力発電
　２－０．主力級石炭火発　２－１．技術革新　２－２．IGCC(石炭ガス化・コンバイ ンドサイクル統合発電)など　３．中規模石炭火発の新設・廃止
３．日本の火力発電　
　３－１．東京電力の火力発電一覧　３－２．関西電力の火力発電一覧　３ －３．中部電力の火力発電一覧　３－４．共同火力発電　３－５．電発の火力発電
　３－６．地方電力会社（３－６－１．北海道電力　３－６－２．東北電力　３－６－３．北陸電力　３－６－４．中国電力　３－６－５．四国電力　３－６－６．九州電力　３－６－７．沖縄電力)
　３－７．新電力など


２－１．石炭火力の技術進歩

2015年06月19日 09時00分 更新
進化を続ける火力発電、燃料電池を内蔵して発電効率60％超に
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1506/19/news030.html


図1　技術開発ロードマップの対象範囲。出典：資源エネルギー庁

　石炭火力では現時点で最先端の「超々臨界圧（USC：Ultra Super Critical）」を高温・高圧にした「先進超々臨界圧（A-USC：Advanced-USC）」が今後の主流になる。その次に石炭をガス化してから 燃料に使う「石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasification Combined Cycle）」を2020年をめどに実用化する方向だ。

　IGCCはLNG火力で使われる複合発電の仕組みを石炭火力にも応用した新しい技術である。ガスタービンで発電した後に、燃焼時の排熱を利用して蒸気 タービンでも発電する2段階方式によって効率を高める。すでに東京電力が福島県内の2カ所にIGCCの発電設備を2020年の夏までに運転開始する計画を 進めている。

　さらに2020年代の半ばには、IGCCに燃料電池を組み合わせた「石炭ガス化燃料電池複合発電（IGFC：Integrated coal Gasification Fuel Cell combined cycle）」の実用化が見込まれる。IGFCになると発電効率（熱エネルギーを電力に変換できる割合）は55％程度に達して、現在の石炭火力で最高レベ ルのUSC（40％程度）を大きく上回る（図3）。

図3　石炭火力発電の高効率化。出典：J-POWER

　当初のIGFCでは燃焼温度が1500度級だが、2030年代には1700度級に引き上げる。この時点で発電効率は60％を超えて、現在のLNG火力で 最高水準の「ガスタービン複合発電（GTCC：Gas Turbine Combined Cycle）」よりも高くなる。CO2の排出量もLNG火力と同等のレベルまで下がる。

　IGFCを採用した発電設備では、中国電力とJ-POWER（電源開発）の共同プロジェクトによる「大崎クールジェン」が最初の実用例になる見通しだ。 大崎クールジェンは広島県にある中国電力の「大崎発電所」の構内にIGCCとIGFCの実証機を建設する予定で、IGCCを2017年度、IGFCを 2021年度に運転開始する計画になっている。
…
　燃料電池を組み合わせて石炭火力とLNG火力の発電効率を向上させながら、2030年に向けてCO2排出量を削減することが可能になる。石炭火力では現 時点で最先端のUSCと比べても、2020年にIGCCで約2割、2030年にはIGFCで約3割を削減できる見通しだ（図5）。

図5　次世代の火力発電によるCO2削減効果。出典：資源エネルギー庁


２－２．IGCC(石炭ガス化・コンバインドサイクル統合発電)など

■超臨界圧（ＳＣ：Super Critical）
通常、主蒸気圧力２４６kg/cm2、主蒸気温度５３８℃、再熱蒸気温度５６６℃までをＳＣ、これを超える蒸気条件をＵＳＣとしている。

■超々臨界圧（ＵＳＣ：Ultra Super Critical）
国内のＵＳＣプラント
プラント名称 出力
(MW)		 主蒸気圧力
（kg/cm2）		 主蒸気温度
（℃）		 再熱蒸気
温度(℃) 		運開年度
 その他・備考
中部電力 碧南３号 700 246 538 593 1993
北陸電力 七尾太田１号 500
 246
 566
 593
 1993
東北電力 能代２号 600
 246
 566
 593
 1994
相馬共火 新地１号 1000
 246
 538
 566
 1994
九州電力 苓北１号 700
 246
 566
 566
 1995
相馬共火 新地２号 1000
 246
 538
 566
 1995
電源開発 松浦２号 1000
 246
 593
 593
 1997
中国電力 三隅１号 1000
 250
 600
 600
 1998
東北電力 原町２号 1000
 250
 600
 600
 1998
電源開発 橘湾１号 1050 255
 600
 610
 2000
東京電力 常陸那珂１号 1000
 250
 600
 600
 2002
電源開発
 磯子新１号
 600


2002

磯子新２号
 600


2009.7

地球温暖化対策に貢献する高効率発電
出典：電源開発
温室効果ガスのCO2を削減するためには、省エネルギーの他に、効率的に電気をつくり、化石燃料の使用量を減らすことが必要です。燃焼によって発生するCO2は同じ電気をつくる場合、石炭は天然ガスと比べると2倍近くになりますが、日本の石炭火力は蒸気タービンの圧力や温度を超々臨界圧（USC※）という極限まで上昇させる方法で、欧米やアジア諸国に比べ高い発電効率を実現しています。
仮に日本のベストプラクティス（最高水準性能）を排出の多い米国、中国、インドに適用した場合には、日本のCO2総排出量より多い約12億t-CO2の削減効果があると試算されています。
J-POWERの石炭火力発電設備は、最先端技術の開発に自ら取り組み、積極的に採用してきたことにより、世界最高水準の熱効率を達成しています。
※Ultra-Super Critical

各国の石炭火力発電の熱効率推移

※出典：Ecofys International comparison of fossil power efficiency 2016

■PFBC
最近、加圧流動床複合発電（ＰＦＢＣ：Pressurized Fluidized Bed Combustion）が建設され始めている。複合発電を採用することによって小型の割には高効率が達成できているが、原理的にガスタービン温度が ８００℃程度に抑えられるため、さらなる効率向上は難しい。ＩＧＣＣが完成するまでのつなぎの技術と位置付けられている。下表にＰＦＢＣプラントの実績を 示す。

最高効率４１．５％程度で小型の割には高効率
発電原価は微粉炭火力より数割高い。
高灰融点炭に適する（微粉炭火力と同様）
炉内脱硫が出来るためコンパクトだが、脱硫率が低く環境規制の厳しい地点には適用難
な お，日本に於いては北海道電力苫東厚真発電所３号機や中国電力大崎発電所に導入されたが不具合が頻発して稼働率が上がらず遂に それぞれ廃止・休止されてしまった。
九電苅田発電所でも採用されているが度々停止してるようだが運行が続けられているようである。原発稼働してその役割は低下しているとは思うが営業開始は2001年と未だ新しいし出力もそこそこあるから廃止は未だ勿体ないのか？

コンパウンドサイクル(ＣＣ)の一種のようだ。ベース電源と云うよりＬＮＧ火発的な運用となるのかな？

営業運転機(ソース：wiki)
運営会社 発電所名 号機 出力
（MW）		 熱効率
（%） 
蒸気圧力
（MPa）		 主蒸気温度
（℃）
再熱蒸気温度
（℃）
ガスタービ
入口温度（℃）
営業運転開始 備考
北海道電 力 苫東厚真発電所 3号機 85
 40.1
 16.6 566 538
 約830
 1998年3月 2005年10月廃止
中国電力 大崎発電所 1-1号機 259
 41.5
 16.6
 566
 593
 約840 2000年11月 2011年10月休止
九州電力 苅田発電所 新1号機 360
 42.8
 24.1
 566
 593
 約850 2001年7月
熱効率：高位発熱量基準。

PFBC(加 圧流動床複合発電)模式図


■A-USC（700℃級超々臨界圧発電）
出典：東芝・A-USC開発推進委員会2015/6/15
A-USCとは、Advanced Ultra-Supercriticalの略で700℃超臨界圧発電システムの意味。最新の通常火力発電では、蒸気温度は約600℃のところ、A-USC は、蒸気条件を700℃以上にすることで、大幅な効率向上を可能にするもの。主蒸気圧力35MPa、主蒸気温度700℃、再熱蒸気温度720℃/720℃ の二段再熱蒸気条件のA-USCプラントでは、46%～48%程度の送電 端効率［HHV基準］が期待できる。

将来はバイオマス混焼，CO2回収( 純酸素燃焼・ 排煙回収)等への展開も考えられている。

A-USCの開発課題
A-USCの実用化のためには、700℃以上の蒸気に耐えられる材料の開発と、信頼性、経済性を同時に達成するためのシステムと構造上の工夫が必要にな る。現在、蒸気タービンの材料として使用されている耐熱鋼では、630℃程度が適用限界と考えられており，700℃以上の蒸気に直接晒される部分に対して はNi（ニッケル）基合金等の耐熱材料の開発・適用が不可欠と考えられている。


2008年から、A-USCプラントの要素技術開発が、国家プロジェクト「先進超々臨界圧火力発電技術実用化要素技術開発」として開始された。東芝もこの プロジェクトに参画し、A-USCの早期実用化のために貢献しているそうな。

実用化，コスト，導入見通し
• 実用化の見通し – 2017年度以降再熱700℃から段階的に実用化 →600℃級USCと同様の導入過程を想定 （21, 22ページ参照）
• コスト見通し – 600℃級USCに対して10～30%のプラントコスト増 • 導入見通し（国内外）
– 国内では老朽火力のリプレース等で既存資源を 有効活用した導入
– 国外では国内での実績をベースとした導入

■ICGG(石炭ガス化複合発電)
設置
 場所
 定格出力
(MW)
 運転開始
年月日
 熱効率
クリーンコールパワー研究所
→東電勿来発電所10号機
 福島県いわき市
常磐共同火力発電所内
 250
 2013.4.1
 42.4%
[LHV]
 電力各社によって設立。
実証実験終了後は，実証設備は商用化され，同研究所も常磐共同火力に合併された。
大崎クールジェン
 広島県
 166
50%目標
 １３年３月に中国電力の大崎発電所（広島県）に石炭と酸素を使い水素な どのガスを作る、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）設備を建設する計画で、発電効率５０％を目指す。>>478
電開は中国電力と共同開発を進める石炭ガス化複合発電（IGCC）で、生成したガスの用途を発電以外に広げるため、鉄鋼、化学、ガス、石油業界と 共同で研究を始めることを明らかにした。>>574
IGFCとCO2分離・回収を組み合わせたゼロエミッション石炭火力 発電の実現を目指す目的で経済産業省の補助事業である「石炭ガス化燃料電池複合発電実証事業」として実施されるプロジェクト>>HP
東電→勿来IGCCパワー
 勿来発電所内
 540 2020.9
 48%[LHV]
 世界最新鋭の石炭火力発電所プロジェクト>>2244
東電→広野IGCCパワー
 広野発電所内
 540
 2021.9 48%[LHV]
 世界最新鋭の石炭火力発電所プロジェクト>>2244

出典：2001.7石炭ガス化複合発電(IGCC)実証プラント開発の動向
http://www.joban-power.co.jp/igccdata/research/pdf/doc/gijutu.pdf

2012年12月06日 15時15分 更新
電力供給サービス：
火力発電のコストは下げられる、石炭で高効率な設備が商用運転へ
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1212/06/news080.html
[石田雅也，スマートジャパン]

　福島県いわき市で2007年から実証実験が続けられていた「IGCC（石炭ガス化複合発電）」の実用化にメドがつき、発電能力25万kWの設備が2013年4月から商用運転に移行する。火力発電事 業を運営する卸供給事業者の「常磐共同火力」が実証設備を受け継いで商用化することになった。

　IGCCは価格が安い石炭を使って高効率な発電を可能にする方式で、火力発電のコストを大幅に引き下げることができるため注目を集めている。東京電力に よれば、火力発電で1kWhの電力を作るのに必要な燃料費は石油が最も高くて15.95円で、次にガスが10.67円、そして石炭は4.39円である。

　現在の火力発電で最も多く使われているガスと比べて石炭のコストは4割程度で済む。このところ電力会社が火力発電による燃料費の増加を理由に電気料金を 値上げする動きが相次いでいるが、コストが安く済む石炭による火力発電を増やせば、燃料費の問題は解消できる。

コンバインドサイクル発電で効率向上

　これまで石炭を使った火力発電には大きな問題点があった。ガスや石油と比べて発電効率が低く、CO2の排出量が多いために、環境に対する悪影響が指摘さ れてきた。この問題を解決する新しい発電方式がIGCCである。

　IGCC（Integrated coal Gasification Combined Cycle）は2つの技術を組み合わせて発電効率を向上させる。石炭を「ガス化」してから発電する技術に加えて、火力発電の最新技術である「コンバインド サイクル発電」を併用する。

図2　石炭を使った火力発電の効率向上。出典：クリーンコールパワー研究所

　従来の石炭による火力発電では、ボイラーで石炭を燃焼して蒸気を発生させて、発電用の蒸気タービンを回していた。この方法では熱エネルギーを電気エネル ギーに変換する効率は40％以下にとどまる(東電の石炭火力である広野と常陸那珂の LHVはそれぞれ45.2％となっているが新鋭微粉炭火力？)。

　IGCCでは最初に石炭をガス化して、まずガスを燃焼した熱でガスタービンを回して発電する。さらに燃焼した後の高温の排熱で蒸気を発生させて2回目の 発電を可能にする。この2段階の発電方式は、天然ガスを使った最新の火力発電設備でも使われているコンバインドサイクルと呼ばれるもので、発電効率を大幅 に向上させることができる有望な技術だ。

　コンバインドサイクル発電はガスタービン内の温度が高いほど発電効率も高くなる特性がある。現在のIGCCの実証設備はガスタービンの温度を1200度 で運転させて、発電効率を42.9％まで改善した。さらに商用運転の段階では1400～1500度に高める予定で、発電効率は48～50％まで向上する見 込みだ（図2）。

古い火力発電設備をIGCCで刷新へ

　いわき市のIGCCは国の補助金を受けたプロジェクトで、9つの電力会社とJ-POWERの共同出資による「クリーンコールパワー研究所」が約5年間に わたって長期耐久運転試験などを続けてきた。IGCCの実証設備は東京電力と東北電 力が設立した常磐共同火力の勿来発電所の敷地内に建設されており、2013年4月からの商用運転は常磐共同火力が実施する。

　勿来発電所では(IGCC機を除いて)石炭を主体に4基の火力発電 設備が運転中で、合計162万5000kWの発電能力が ある。このうち2基(6，7号機計425MW)は運転開始から40年以上が経過している。火力発電設備の耐用年数は通常40年程度とされていることから、 今後はIGCCによる新しい発電設備へ順次移行していくことが予想される。（東電の新鋭火力プロジェクトで建設予定の500MWのIGCC２機の内の１機 が勿来に構想されているが6,7号機のリプレース的位置づけとなるのか？）

あと兵庫県知事が電発の高砂火力発電所のリプレースに関するアセスに際してIGCCの導入を検討すべきとのコメントを出したそうな(>>3330-3334)。
その後，リプレース計画の続報が全く聞こえてこなくなったが，電発内部で真剣に検討されてる結果だと信じたい所。