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火力発電の基礎, 火力発電の機器構成, 次世代の火力発電技術, 防災対策, 火力発電の環境対策, 火力発電関連企業, 図解次世代火力発電,…
火力発電の基礎
発電コスト
発電コストの構成要素
資本費
直接費
関連費
燃料費
発電方式の比較
電力別発電コスト：原子力＜石炭＜LNG＜石油＜風力＜ソーラー
燃料費調整制度
Big
火力発電の分類
汽力（蒸気タービン）発電
ガスタービン発電
コンバインドサイクル発電
内燃力発電
火力発電の基本原理
ボイラで作られた蒸気でタービンを回転させ発電機で発電する。
発電した電気は用途によって変圧されて使われる。
火力発電の歴史
石油機器や公害対策などで、LNG 発電やコンバインドサイクル発電が主流に。
技術進歩により、石炭発電も再び脚光を浴びている。
火力発電の基本と仕組み
世界の電力発電量
419TWh
25%再生可能エネルギー
75.4% 化石燃料及び原子力
火力発電の種類と仕組み
汽力発電：発電効率43%
コンバインドサイクル発電：発電効率59%
ガスタービン発電：40%程度
内燃力発電：発電効率30%-50%
コージェネレーション：熱と蒸気を両方発生させる。自家用発電の利用効率化。蒸気は発電、熱はそのまま熱利用に。
火力発電の燃料
ガス
メタンガス（メイン)
燃料効率高い
点火が容易
大気汚染物質の放出が少ない。
漏洩による爆発の危険性がある。
液化石油ガス
エタン、プロパン、ブタンなどの混合物
石油
高い、埋蔵数少ない
一旦割愛
石炭
石炭の種類
多いが、CO2多い。
褐炭
水分中
瀝青炭
水分少ない
泥炭
水分多い
無煙炭
水分少ない、燃えにくい。
石炭の性質
Moisture
Ash
Volatile matter
Fixed carbon
副生燃料
高炉ガス
コークス炉ガス
転炉ガス
バイオマス燃料
廃棄物燃料
発電方式ごとの役割
負荷調整を行うのが火力発電
供給予備力
ピーク電源：コストが高いが調整が容易（石油・揚水）
ベース電源：水力・石炭・原子力
ミドル電源：ガス
電力需要と火力発電の推移
日本電力需要：横ばい
火力発電は約8割
火力発電のメリット・デメリット
メリット：高発電効率／多様な燃料が使える／発電容量が大きい／発電量の調整が容易
デメリット：SOx/NOx/CO2を排出する。
火力発電の機器構成
:ボイラ
火炉（Furnace)燃料を完全燃焼し、熱エネルギーに変換する。
過熱器（Super heater)過熱器は燃焼ガスとの熱交換を行う。
節炭器（ECO/Economizer)高圧給水加熱器から送られる水を加熱する。
再熱器（RH/Reheater）所定温度に再加熱する。
ガスタービン
空気圧縮
燃料
排ガス
ガスタービン
蒸気タービン:
低圧タービン
高圧タービン
中圧タービン
タービン補機:
復水器
給水加熱器
脱機器:
変圧器・開閉所・送電線：
変圧器：電力を送電できるよう昇圧する。
開閉所：発生電力を送電線に送り込む
送電線：電力を送り出す。
ディーゼルエンジン
構造：ガソリンエンジンの１．５倍の圧力をかけて燃焼させる。高圧に耐えるため、ガソリンエンジンよりも大型になりがち。
軽油で動くディーゼルエンジンと天然ガスで動くガスエンジン
燃料タンク
LNGタンク
石油タンク
排熱回収ボイラ
役割: コンバインドサイクル発電において、ガスタービンの熱を回収し、蒸気ボイラを、回す。
発電機
機械エネルギーを電気エネルギーに変換する装置で、タービンで駆動される電磁誘導によって電力を発生させます。
石炭受入設備
アンローダ：石炭運搬船から石炭を下ろす機械
スタッカー：貯炭場に石炭をためておく
リクレーマー：貯炭場から炭を切り出す。
給水ポンプ: ボイラに給水して、蒸気を復水器で回収する。
通風機: 火炉に燃焼用の空気を送り込む機器
次世代の火力発電技術
CCS
CO2の回収・貯留・貯蔵
燃焼前回収法
燃焼後回収法
酸素燃焼法
先進超超臨界圧発電
A-USC(Advanced-Ultra Super Critical）
日本と欧州がこの技術でリード
上記温度を上げることで46%-48%を目指す
バイオマス発電：バイオマス燃料のガス化の開発が行われている
固定床ガス化炉
循環流動床ガス火炉
噴流床ガス化炉
石炭ガス化複合発電
石炭を微粉炭機にすることで高圧の燃料ガスに変換し、ガスタービンを回す方式
ガスタービン50%もしくそれ以上の発電効率を目指す
バイナリーサイクル発電
カリーナサイクル
温泉発電
次世代の発電（水素タービン発電・燃料電池発電）
水素タービン発電
燃料電池発電
改良型コンバインドサイクル発電（ACC：Advanced Combined Cycle）
燃料ガス温度を上げることで発電効率を上昇させる現在ギネス認定は63% 中部電力
翼の材質
翼冷却
翼コーティング
トリプル複合発電
ガスタービン・ボイラ・燃料電池の複合系
熱電発電
防災対策
地震対策
発電所の耐震設計
建設地点の決定
地盤の土質調査
構造形式の選定
地盤条件の検討
耐震設計法の設定。地域別の補正を考慮
地震荷重の選定
設備の諸元の決定
安全性の評価
燃料タンクの地震対策
発火防止装置
液面揺動対策
基礎の液状化防止対策：サンドコンパクションパイル工法、バイプロ・フローテーション工法
燃料配管のフレキシブル化（柔軟性配管）
地震計の設定
地震時の運転対応
発電量低減
火災対策 （共通）
淡水消火設備
海水消火設備
泡消火設備
個別
ボイラ関係：消火設備、自動火災報知、サービスタンク
タービン・発電機関係
燃料タンク関係
火災報知設備・消火設備冷却散水設備
消火設備
水消火設備
泡消火設備
ガス消火設備
粉末消火設備
火災検知器
熱感知器
定温式
差動式
熱複合式
煙感知器
イオン化式
光電式
光感知器
紫外線式
赤外線式
関連法規基準
非常用電源と監視体制
巡視＋火災報知器
火力発電の環境対策
環境アセスメント制度
スクリ-ニング
スコーピング
準備書の手続き
アセスメントの実施
評価書の手続き
発電所の工事計画の許認可
火力発電所における環境保全技術
SOX/NOX/煤塵については８０％以上を削減
排煙脱硫装置
燃料の硫化物分離
脱硝装置
燃焼方式の改善
LNGの使用・燃焼方式の改善（石油・石炭）・電気式集塵装置
水質汚濁防止：分離装置を用いて所定の水質まで戻して、排水している。
水質保全項目
総合排水処理装置
中和及びPH調整
凝集沈殿・膜分離
浮上分離
汚泥脱水
濾過
温排水対策
主な項目：ph,SS(浮遊物質）、COD（化学的酸素要求量）、油分窒素、フッ素・ホウ素
廃棄物回収：再資源化率97%
セメント原料
コンクリート混和剤としての利用
保水性舗装ブロックとしての利用
騒音・振動、景観、緑化対策
敷地面積の20％が緑化
都市と調和するような景観設計
防音壁・消音器などで騒音・振動を軽減
地球温暖化対策
世界最高峰の発電効率(59%)
石炭ガス化複合発電
低炭素燃料の選択
Co2の分離回収貯留（CCS:Carbon dioxide Capture and Storage）
環境規制
環境基本法 第１６条/２０条/２１条
環境条例 各地方自治体が地域の環境状況に合わせて法よりも厳しい規制値を設定した条例を定めている。
公害防止条例・環境保全協定：法律や条例よりも厳しいレベルの条例を設けている。
火力発電関連企業
総合メーカー
アメリカ：GE
欧州：Alstom,シーメンス、日立パワー
日本：三菱重工・日立製作所・三菱電機・富士電機
アジア：上海電気集団、ハルピン電気集団、東方電気集団
部品別の大手メーカー
ガスタービン
ディーゼル
発電機
GE/アルストム/シーメンス/三菱
商社
コンサルタント業務・発注者・建設車になることもある。（７大商社がそれぞれ参画している）
図解次世代火力発電
燃料電池:水素と酸素の電気化学反応から電気と水を直接生み出す発電装置
トリプルコンバインドは最高発電効率70％
火力発電のO&M
保守
目的：経年劣化による発電効率や故障などに対応し、発電所を長く利用し、発電効率を維持するため。
方法
自己保全BM(Breakdown maintenance）機器が故障してから補修する。
時間基準保全（定期点検）/CBM（Condition Based Maintenance）
状態基準保全/CBM（Condition Based Maintenance)
ボイラの保守管理
２年に１回設備を分解し内部点検や便の作動試験を行う（義務）
間接評価
直接評価
破壊試験法
非破壊試験法
蒸気タービンの保守管理
主な経年劣化の種類
材料劣化
亀裂・割れ
変形
車軸中心孔検査技術
翼植え込み部超音波損傷検査技術
ケーシングボルトの超音波傷探査技術
ガスタービンの保守管理
電気工作物としての定期点検の対象となる。
運転開始->初回点検->自主保安の定期点検->法定の定期点検->オーバーホール
ディーゼルエンジンの保守管理
運用開始
オーバーホール（シリンダ部分解）->
オーバーホール（全体の分解）
非常用電源の保守管理
非常用電源の保守管理
電気事業法の観点での点検
消防法観点での点検
定期事業検査・安全管理審査
定期事業検査：ボイラ２年、蒸気・ガスタービン：４年ごと
安全管理審査項目
安全管理審査受審時期
各種の定期事業者検査項目
ボイラー
蒸気タービン
ガスタービン
運用
概要：火力発電所に最も要求される役割は、中央給電指令所が各ユニットに対して与える司令に着実に出力を供給すること。
電力需要変化に対応する効率的運用
需要変化に対応するための機動的効率運用（WES)
電源種類
ベース運用電源：ほぼ一定の出力で動く
ピーク運用電源：ピーク時に必要な電力供給を行う。
ミドル運用電源：中間的役割
次のパターン
冷機起動
週末停止起動（WeekEnd Stop and Start）
各制御装置
ボイラ自動制御装置（ABC)：主要なボイラ関係の操作対象はこの装置にて制御
ユニットインターロック装置：プラントの保安保護機能の中枢となる部分。ボイラ、タービン、発電機およびその周辺機器の保安装置類を組み合わせて、高度な火力プラントを安全に運転できるものとしています。
タービンガバナ制御装置：タービンに流入する上記流量を加減して回転数を一定に保つ装置
日本と世界の火力発電所
火力発電所の立地
電力の需要地に近く、大量の冷却水を得られる場所が望ましい。
日本：港湾設備の整った沿岸地域に設置されることが多くなった。消費地から遠い部分については高圧技術の発展でカバーするようになった。
クリーンで超高効率な発電所が多い。発電効率は59%に近い。効率重視のテーラーメード設計。SOxやNOxは諸外国の５分の1以下
海外：大河の水や地下水を冷却水として使っている。冷却塔・空冷復水器を使用するケースが多い。（水が少ないため）
アメリカ：コンバインドガスサイクル発電が主流 石炭火力は非効率
欧州：総合熱効率が高く、バイオマス・環境性能に対応しているが、火力のイメージが悪く、新建設に反対する声が多い。
アジア：中国標準設計方式を取ることが多い。インドは石炭火力発電が主流
[タービンとは：水、蒸気、ガス、空気その他流体の流れによって、ホイールやローターと（典型的には）ベーン（羽根）とが組み合わされたものが回転し、連続的にパワーを生みだす機械のこと。
