「ウッティかわいバイオマス発電」を見学しました（その２） 規模や発電効率を知る

労働安全衛生法では、ボイラーは蒸気ボイラーと温水ボイラーとに区分され、それぞれ異なる安全基準や取扱の資格が定められています。
蒸気ボイラーは発電施設だけでなく各種工場の熱源やクリーニング店などの産業用に、温水ボイラーは暖房や入浴施設の熱源などに用いられています。

蒸気ボイラーの出力は「最大蒸発量」で評価されます。これは、最大連続負荷の状態で1時間に発生する蒸発量（kg/h又はt/ｈ）でその能力を示しています。
一方、温水ボイラーの出力は発生する「最大熱量」で評価され、単位はkW（キロワット）で示されることが多いです。
そして、発電所の規模は発生する電力で評価され、単位はkW（キロワット）やMW（メガワット）です。

以下では、「ウッティかわいバイオマス発電」を引き合いに、蒸気ボイラーと温水ボイラーの規模を比較するため、「最大蒸発量」（kg/h）を「最大熱量」kW（キロワット）へ換算する方法を整理してみます。これを知っていると、自分が知っているボイラーの出力を思い出せば、計画中のボイラーなどおおよその規模がイメージできるからです。

また併せて、ウッティかわいバイオマス発電の発電効率を推測し、評価してみます。

■最大蒸発量（kg/h）→出力（kW）に換算
蒸気の発生に要する熱量は、圧力、温度によって変わってきますが、ボイラー定格の最大蒸発量は、そのボイラーが実際に給水から所要蒸気を発生させるのに要した熱量を、標準状態における水の蒸発潜熱（2,257kJ/kg）で除したもの、と規定されています。

逆に言うと、 水の蒸発潜熱（2,257kJ/kg）に定格の最大蒸発量を掛けると、そのボイラーが発生する熱量になります。
ウッティかわいバイオマス発電の場合は、
2,257kJ/kg　☓　28,000kg/h　＝　63,196,000kJ/h

一方、熱量J（ジュール）と、仕事率W（ワット）との関係式は、
1J　＝　1W・s
つまり、1Wの出力で1秒間運転したエネルギー量が1Jですから、
1kW・h　＝　1kJ☓3,600s　＝　3,600kJ

したがって、最大蒸発量28,000kg/hのこのボイラー出力kWは、
63,196,000kJ/h　÷　3,600　＝　17,554kW

ただし、上記の水の蒸発潜熱（2,257kJ/kg）は近似値ですから、端数など含めますと、

※最大蒸発量（kg/h）→出力（kW）に換算する係数
最大蒸発量（kg/h）　☓　0.626954　＝出力（kW）

ウッティかわいバイオマス発電の場合は、
28,000kg/h　☓　0.626954　＝　17,554.712kW　≒　17,500kW
暗算するときは、最大蒸発量kg/hの6掛け強の値でkWの値になる、といった感じです。

バイオマスの温水ボイラーには様々な規模がありますが、よく使われるのは小型で200kW程度、大きくて500kW～1,000kWといった規模のものです。発電用の蒸気ボイラーの出力がいかに大きいか、お分かりいただけるかと思います。

とはいえ、これが石炭火力発電所ともなると、ボイラーの出力は数100万kWありますから、バイオマス発電のさらに数十倍はあります。木質バイオマスでは実現できない規模です。


■バイオマス発電所の発電効率を推測する
まず、発電効率の定義です。

バイオマスに限らず、ボイラーによる蒸気タービンの発電では、
①燃料　⇒　②ボイラー　→　③蒸気タービン　→　④発電機　⇒　⑤電力

といった流れになりますが、一般的に発電効率とは、「ボイラーに供給した燃料の発熱量」に対する「発電機出力」の比と定義され、正しくは、「発電端熱効率」と言います。
また、供給した燃料の発熱量は、低位発熱量基準で評価するお約束になっています。

さて、上記のボイラー出力換算で、②のボイラー出力が17,500kWであることが判明しています。
また、④の発電機が発生する⑤の電力は、5,800kWであると表示されています。

一方、単位時間当りに投入されるバイオマス燃料の量や発熱量はハッキリしません。そこで推測ですが、①燃料が②ボイラーで蒸気熱に変換される効率を、他のバイオマス蒸気ボイラーの事例などから80％と推測してみます。

すると、①で投入される燃料の熱量は、
17,500kW　÷　0.8　＝　21,875kW　≒　22,000kW

このときに発生する電力が5,800kWですから、この発電所の発電効率（発電端熱効率）は、
5,800kW　÷　22,000kW　≒　0.26　　すなわち、26％程度（推測）ということになります。

この数値が高いか低いか、ということですが、大型の石炭火力発電所の発電効率が40～43％などとされていますから、さすがにこれと比べれば低いということになります。しかしながら、石炭火力発電所の出力は数十万kWあるのが普通で、発電施設の大型化＝高効率という常識からすれば、現状では妥当な発電効率と言えるのではないでしょうか。


■余ったエネルギー（熱）はどうなる？
もっとも、「ウッティかわいバイオマス発電」は発電のみの施設で、その熱を利用することが想定されていません。余った差し引き74％のエネルギーは、熱として周囲に放出されているわけです。そのため、発電施設ではあたりまえのことですが、施設の正面には蒸気を水に戻すための冷却塔がいくつも設けられています。

本当は、冷却塔で冷やす代わりにこの熱を、自社工場の木材乾燥に活かすことができればベターだったでしょう。実際、米マツ製材・集成材で国内最大手の中国木材株式会社・鹿島工場では、隣接地に神之池バイオエネルギー株式会社を設立し、鹿島工場で発生した樹皮や端材を神之池バイオに供給して発電し、その電力と蒸気を鹿島工場の電気と木材乾燥用の蒸気として利用する、という取組みを行っています。さらに、余った電力と蒸気は外部に販売するまで行っている、とのことです。

「ウッティかわい」も本当は、主力の集成材工場に隣接して発電所を建築したかったのだろうとは思いますが、様々な制約があり結局、雫石工場まで西に50km、川井の工場まで東に30km離れた当地に発電所を建築する判断に至ったのであろうと推測します。

なんだか、熱がもったいないですね。木材産業は「木」という重量・容積のかさむ原料を相手にするだけに、できれば、製材・加工とバイオマス利用をひとつにまとめてコンビナート化すると、熱や電気が上手に活用でき、さらに運搬コストも低減できたのだろうと思います。

どうせやるなら、もっと合理的な設備投資ができなかったものか。「ウッティかわいバイオマス発電」の場合も、なにか立地を規制するものがあったとしたら、これを緩和して差し上げることができなかったものだろうか。これが、施設を見学しての素直な感想デス。。。


次回は、「ウッティかわいバイオマス発電」のバイオマス材や燃料チップの受入状況などを整理してみます。