極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

懲りない面々

2017年04月28日 | 環境工学システム論

        泉涸れて魚あいともに陸に処り、あい呴(く)するに湿をもってし、
       あい濡おすに沫(あわ)をもってするは、江湖にあい忘るるにしかず


                            大宗師(だいそうし)

                                                

      ※  大宗師:有限な人の営みは、やがては天に包摂される。天と人とは、別が
        あって別はない。天人合一の境地に逍遥する「真人」は、「道」そのまま
        の存在である。「道」を大いなる宗師として生きることこそ、人間努力の
        窮極目標なのである。

      ※ 「道」そのままに生きる:乾上った池に棲む魚は、泥の上に身を寄せあい、
        たがいのあぶくで身を濡らしあっては、わずかに生を保とうとする。だが
        魚たちにしてみれば、かばいあってに生きるより、広々とした河海を自
        由に泳ぎ廻ることの方が、はるかに望ましいに相違ない。人間にしても同
        じこと、秩序の枠に押しこめられ、善を称揚し悪を排斥して暮らすよりは、
        善悪を超越して「道」そのままに生きる方が、はるかに好ましいはずであ
        る。

 

 No. 6

今回は、韓国の高速道路に大規模ソーラーレーンの話題を始めとして、圧空電池、バイオマス発電の
最新技術などを取り上げる。


【RE100倶楽部:太陽光発電篇】

● 韓国の高速道路に大規模な太陽光パネル

 

韓国の高速道路には、真ん中を走る素晴らしい太陽光発電バイクレーンがある。レーンはオフセット
され、障
壁によって保護され、太陽電池パネルによって保護される。この車線は首都ソウルから車で
数時間にある、大田から世宗まで約32マイル(51.5キロメートル)の距離に敷設されている(
自転車道はソーラーパネルの下を走る)。これは、将来的な通勤スタイルの自転車レーンをに実現す
るアイデアである。




【RE100倶楽部:蓄電池電篇】

● 最新圧空電池技術:圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法

再生可能エネルギーのような不規則に変動する不安定なエネルギーを利用した発電の出力を平滑化す
る技術としては、余剰発電電力が生じた際に電気を蓄えておき電力不足時に電気を補う蓄電池が代表
的なものである。大容量蓄電池の例として、❶ナトリウム・硫黄電池、❷レドックスフロー電池、❸
リチウム蓄電池、❹及び鉛蓄電池などが知られている。これらの電池は、いずれも化学的な二次電池
であり、蓄えたエネルギーを電気の形式でしか出力できない。これに対し、神戸製鋼所では、圧縮機
から吐出される圧縮空気を蓄えておき、必要な時に空気タービン発電機等で電気に再変換する圧縮空
気貯蔵(CAES)技術が開発されてきた。

ところで、再生可能エネルギーにより発電した電力の出力先には、商用系統に電力として出力して売
電する場合、商用系統に戻すことなく発電所内または近接する需要家で消費することも考えられる。
このような需要家例としては、❶コンピュータの冷却に膨大な冷房が求められるデータセンタや、❷
製造工程における制約から一定温度に制御が必要な精密機械工場及び半導体工場がある。なお、大電
力を使用する需要家では、その使用電力の変動に応じて、使用電力が少ない際に蓄電し、使用電力が
増加した場合に放電して最大使用電力量を抑えるという節電手法に対するニーズもある。

この技術は、再生可能エネルギーのような不規則に変動する発電出力を平滑化すると共に、このよう
に変動する入力電力により効率的に冷熱利用できる圧縮空気貯蔵発電装置を提供することに特徴があ
るが、これらは、次のような7つの機能構成から実現される。

❶不規則に変動する入力電力により駆動される電動機
❷電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機
❸圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部
❹蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機
❺膨張機と機械的に接続された発電機
❻圧縮機から供給する圧縮空気と熱媒とで熱交換して圧縮空気を常温近傍まで冷却する第1熱交換器
❼作動流体である空気を常温以下の冷気として取り出す冷熱取出部

この構成によれば、蓄圧部により圧縮空気としてエネルギーを貯蔵することで、再生可能エネルギー
のような不規則に変動する発電出力を平滑化することができる。また、冷熱取出部により常温以下の
冷気を取り出す(冷熱を作り出す)ことで再生可能エネルギーのような不規則に変動する電力によっ
ても効率的に冷熱利用できる。

特に、商用電力を直接使用して冷熱を作り出す場合に比べて大幅に熱効率を向上できる。また、発電
に伴う膨張による吸熱を利用することで空気を効率的に冷却できるため、冷熱取出部として膨張機を
有効利用できる。ここで、第1熱交換器において圧縮空気は常温近傍まで冷却されるが、「常温近傍
」とは、圧縮空気が蓄圧部に貯蔵されている間に外気に放熱して、圧縮空気の保有するエネルギーを
大幅に損失しない程度の温度をいう。

【要約】

圧縮空気貯蔵発電装置2は、モータ8a、圧縮機10、蓄圧タンク12、膨張機14、発電機16、
第1熱交換器18a、冷熱取出部13を備える。モータ8aは、再生可能エネルギーを用いて発電し
た入力電力により駆動される。圧縮機10は、モータ8aと機械的に接続され、空気を圧縮する。蓄
圧タンク12は、圧縮機10により圧縮された圧縮空気を蓄える。膨張機14は、蓄圧タンク12か
ら供給される圧縮空気によって駆動される。発電機16は、膨張機14と機械的に接続されている。
第1熱交換器18aは、圧縮機10から供給される圧縮空気と熱媒とで熱交換して圧縮空気を常温近
傍まで冷却する。冷熱取出部13は、作動流体である空気を常温以下の冷気として取り出すことで、
不規則に変動する入力電力を平滑化すると共に、この入力電力によって効率的に冷暖房を行うことが
できる圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。


【符号の説明】

    2  圧縮空気貯蔵発電装置(CAES発電装置)
    4  電力系統
    6  発電装置
    8a,8b  モータ(電動機)
    10  圧縮機
    10a  吸気口
    10b  吐出口
    12  蓄圧タンク(蓄圧部)
    13  冷熱取出部
    14  膨張機(冷熱取出部)
    14a  給気口
    14b  排気口
    16  発電機
    17  暖熱取出部
    18a  第1熱交換器(暖熱取出部)
    18b  第2熱交換器(冷熱取出部)
    18c  第3熱交換器(暖熱取出部)
    18d  第4熱交換器(暖熱取出部)
    18e  第5熱交換器(暖熱取出部)
    18f  第6熱交換器
    19  水供給部
    20a,20b,20c,20d  空気配管
    22  バルブ
    24  高圧蓄圧タンク(高圧蓄圧部)
    26  流量調整バルブ
    28  高圧圧縮機
    28a  吸気口
    28b  吐出口
    30  スイッチ
    32a,32b  蓄熱タンク
    34a,34b,34c,34d,34e  熱媒配管
    36a,36b,36c,36d,36e  ポンプ
    38  冷凍機(冷熱取出部)
    40  冷水配管
    42a,42b,42c  温水配管
    44  モード切替機構
    46  三方弁(モード切替機構)
    46a  第1ポート
    46b  第2ポート
    46c  第3ポート
    48  三方弁(モード切替機構)
    48a  第1ポート
    48b  第2ポート
    48c  第3ポート

【RE100倶楽部:バイオマス発電篇】

● 最新バイオマスボイラー技術:熱回収方法、及び熱回収装置

再生可能エネルギーの一つのバイオマス発電は、燃料によって分類されており、例えば、林地残材な
どの木材を燃料とするボイラを用いた木質バイオマス発電がある。木質バイオマス発電には、❶木材
を直接燃焼する蒸気タービン方式と、❷木質バイオマスからガスを発生させ、この木質バイオマスを
起源とするガスを燃焼させるガスタービン方式がある。本件は、ボイラで発生した排気ガスから熱エ
ネルギーを回収する熱回収装置及び熱回収方法に関するもので、小容量なボイラであっても、簡単な
構成でボイラ効率を高められる熱回収方法及び熱回収装置に関する新規考案である。

熱交換装置のボイラは、燃料を燃焼させて得た熱をボイラ水に伝えて、水を高温高圧の水蒸気や温水
に状態変化させる。発生させた水蒸気や温水は、種々の用途に利用され、例えば、水蒸気はタービン
発電、温水は暖房などに利用される。また、ボイラは、煙管型、水管型が代表的である。❶煙管型ボ
イラは、水缶内に複数の鋼管といった金属管が配置され、各管に燃焼ガスが導入されて管周囲の水を
加熱する。❷水管型ボイラは、燃焼室内に複数の水管が配置され、燃焼室内の燃焼ガスによって水管
内の水を加熱する。いずれの形式も、水と燃焼ガスとは管材によって分離され、燃焼ガスから水への
伝熱は、金属管や水管といった金属部材を介して行われる。つまり、密度の低いガスの顕熱を、金属
部材を介して水に伝達する構成である。

ここで、 ボイラ効率とは、ボイラに供給された燃料が完全燃焼することによって発生すべき熱量に対
する水蒸気や温水を発生するために実際に用いられた熱量との比率である。ボイラ効率は、一般に、
ボイラの容量が大きいほど高い傾向にある。例えば5MW程度以上といったMW級の発電には、従来、
発生蒸気量でいうと最高使用圧力が数MPa以上で、数10ton/h以上といった大容量のボイラ
を使用する。

上述の蒸気タービン方式の木質バイオマス発電に対して、水分量(含水率)が一定値以下の乾燥チッ
プと、既知の蒸気タービン(軸流タービン)とを用いて効率よく発電するためには、発電容量が2M
W~5MW、またはそれ以上が望まれる。この発電容量に対応した蒸気タービンは非常に大きく、非
常に大型のボイラが必要で、非常に大型の木質バイオマスボイラを併設したり、燃料となる木材を大
量に確保して供給したりすることは容易ではなく、実現が難しい。このため、木質バイオマス発電は、
発電以外の効果、例えば温排水の活用や加工木材の端材処理といった効果を期待して、❶既知の蒸気
タービン方式を用いる。小容量、例えば、0.5MW級以下の発電に対しては、近年、蒸気タービン
方式よりも❷ガスタービン方式を利用する傾向にあるが、ガスタービン方式では、構造が複雑で、特
別な操作条件が付加され、装置が高価である、などの様々な制限が未だ有り開発要素が残る。


一方、近年検討されている「中山間地域での木質バイオマス発電」は、小容量のボイラを多数分散さ
せて配置計画されている。ここでの使用が検討されるボイラの容量は、発電電力でいうと、1MW未
、特に500kW程度以下、主として300kW程度以下であり、発生蒸気量でいうと、最高使用
圧力が1MPa以下で、3ton/h~10ton/h程度である。このような小容量のボイラは、
上述の非常に大容量のボイラに比較してボイラ効率が低く、ボイラ効率の向上が望まれる。


ボイラ効率を高める方法のとして、例えば、液体熱媒体である水と燃焼温度との温度差を大きくする
方法があり、天然ガスを燃料とするガスボイラを用いたり、木質バイオマスボイラであれば乾燥チッ
プを用いて、燃焼温度を高めるが
、この場合、❶地産資源の木質バイオマス材の代わりに化石燃料で
ある天然ガスの入手が必要であったり、❷木材の乾燥設備などといった専用の設備や、❸専門知識を
有する技術者などが必要な上に、❹処理に時間がかかったりする。また、伐採直後の生木は、一般に
水分が多く、含水率が30質量%~50質量%程度である。天然乾燥された木材(以下、天然乾燥材
と呼ぶ)では、含水率が30質量%程度のものが多い。このような含水率が高い木材を燃焼させると、
木材中の水分を気化するために水1gあたりに約2260J(540cal)の熱量が利用される。
その結果、燃焼温度を十分に高められない。燃焼温度を高めるために、伐採材を人工的に強制乾燥し、
含水率を30質量%未満、好ましくは10質量%以下程度とする必要がある。伐採材のうち、含水率
が30質量%~50質量%程度であるものを生木、天然乾燥によって含水率が30%程度であるもの
天然乾燥材と呼ぶ。


 さらに、ボイラ効率を高める別の方法として、従来、エコノマイザーが知られている。エコノマイザーは、燃料を
燃焼し、生じた排気ガスをボイラ外に排出する煙道内に鋼管といった金属管を設置して、この管内に主として
水を供給し予熱する給水加熱器である。 排気ガスの発生量が多い大容量のボイラでは、エコノマイザーの利
用により、ボイラ効率を高められるが、小容量のボイラにエコノマイザーを付加しても、効率が良くない。エコノ
マイザーによる水への伝熱も上記金属管を介して行われるからである。詳しくは、気体(排気ガス)⇒固体(鋼
管など)⇒液体(水)という伝熱経路は、密度が相対的に非常に低い気体から密度が相対的に非常に高い固
体に熱を伝えることになるため、固体に熱が伝わり難い。

以上のことから、小容量のボイラを用いて、1MW未満程度の発電などの仕事を行う場合に簡単な構成であり
ながら、ボイラ効率を向上できることが望まれ、 特に、伐採材などの木材を入手し易いものの、専用の設備の
設置や専門技術者の配置などが難しい中山間地域、山林近くの小さな町村などで木質バイオマス発電を行う
場合に、ボイラの燃料に、伐採直後の生木を実質的にそのまま(例えば含水率が40質量%~50質量%程度
の木材)、又は天然乾燥材(例えば含水率が30質量%程度、好ましくは20質量%程度の木材)、又はこれら
を薪や一般的なチップにする程度の加工を行ったものなどを利用した場合でも、ボイラ効率の向上を実現させ
たい。近年、スクリュータービンなどと呼ばれる高効率で小容量の蒸気タービンが開発されてきているが、高効
率で小容量の蒸気タービンに適した、高効率で小容量のボイラの実用化が期待される。



【符号の説明】

  1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H  熱回収装置
  B  ボイラ  L  水(液体熱媒体)  S,S  水蒸気  G  排気ガス  H  水頭
  2A,2B,2E,2F,2G  液体槽
  3A,3B  導入管  4  排気管  5  圧力調整部  6  給液管
  7  排液管  8  接触促進部  9  熱交換部
  20  底面部  22  天面部  24,26  側面部
  30  ガイド管  32  噴霧室  320  噴霧器
  35  ガス分岐管  45  上流側分岐管  47  下流側分岐管
  450,470  バルブ
  50,52  ブロア  60  ポンプ  62  三方弁  70  バルブ
  80,82  仕切り部
  90  導入部  92  排出部  94  バルブ
  100  第一仕事部  102  第二仕事部
  110  液面計  112  水圧計  130  異物排出部  132  バルブ

  ● 今夜の一曲

 

(ラッドウィンプス)は、4人組ロックバンド(所属レコード会社はユニバーサルミュージック/所
属事務所は有限会社ボクチン)で、略称は「ラッド」。
バンド名の意味は、「すごい」「強い」「い
かした」という軽いアメリカ英語の俗語「RAD」と、「弱虫」「意気地なし」という意味の「WIMP
を組み合わせた造語。つまり、「かっこいい弱虫」「見事な意気地なし」「マジスゲーびびり野郎」
などの意味。彼らのアルバム『君の名は。』(きみのなは。)は、RADWIMPSのサウンドトラック。
新海誠監督の長編アニメーション映画『君の名は。』のために制作された映画音楽を収録。2016年8月
24日に、EMI Records(ユニバーサルミュージック)から発売。主題歌の「前前前世 )」は、2016年7
月5日放送のラジオ番組『SCHOOL OF LOCK!』にて初オンエアされ、同年7月25日からは音楽配信サイ
トにて先行配信される。


   やっと眼を覚ましたかい それなのになぜ眼も合わせやしないんだい?
   「遅いよ」と怒る君 これでもやれるだけ飛ばしてきたんだよ

   心が身体を追い越してきたんだよ

   君の髪や瞳だけで胸が痛いよ
   同じ時を吸いこんで離したくないよ
   遥か昔から知る その声に生まれてはじめて 何を言えばいい?

   君の前前前世から僕は 君を探しはじめたよ
   そのぶきっちょな笑い方をめがけて やってきたんだよ

   君が全然全部なくなって チリヂリになったって
   もう迷わない また1から探しはじめるさ
   むしろ0から また宇宙をはじめてみようか

   どっから話すかな 君が眠っていた間のストーリー
   何億 何光年分の物語を語りにきたんだよ けどいざその姿この眼に映すと

   君も知らぬ君とジャレて 戯れたいよ
   君の消えぬ痛みまで愛してみたいよ
   銀河何個分かの 果てに出逢えたその手を壊さずに どう握ったならいい?

   君の前前前世から僕は 君を探しはじめたよ
   その騒がしい声と涙をめがけ やってきたんだよ

   そんな革命前夜の僕らを誰が止めるというんだろう
   もう迷わない 君のハートに旗を立てるよ
   君は僕から諦め方を 奪い取ったの

   前前前世から僕は 君を探しはじめたよ
   そのぶきっちょな笑い方をめがけて やってきたんだよ

   君が全然全部なくなって チリヂリになったって
   もう迷わない また1から探しはじめるさ何光年でも 
   この歌を口ずさみながら

                          作詞/作曲 野田洋次郎




英国で産業革命以来めて、24時間「石炭火力ゼロ」を記録したという。25年までに石炭火力ゼロ
が目標だというが、英国政府が発表している統計資料で、2016年10~12月期における電源構成のうち、
石炭が占める割合は9.3%だ。その他は天然ガスが45.2%、原子力発電所が20.3%、再生可能
エネルギーが22.2%だという。わたしは、再生可能エネルギーと省エネシステム&機器の普及で、
経済成
長と両立可能だと、さらに、「エネルギーフリー社会」がやがて実現できると考えているので、
原発再稼働
を繰り返す政府・電力会社に、懲りな面々だね~ぇとあきれ果てている。 

                                                   

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