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コージェネレーションシステムとは何か。

コージェネレーションシステムとは

近年再生可能エネルギー分野や、環境にやさしい家電や設備への需要は高まっています。そのような環境の中、注目されているのがコージェネレーションシステムです。このコージェネレーションシステムについて簡単になんのかといと、「発電しながら無駄なく熱を再利用するシステム」のことを指します。

コージェネレーションシステムとは和製英語でCGS:Co-Generation-Systemとされます。本来の英語での意味は「combind heat and power」です。直訳すると「熱と電力の供給」ですが、熱供給システムと呼ばれます。しばしば「コジェネ」「コージェネ」と略されることがあります。

また、熱供給システムの一つとして「地域熱供給(地域冷暖房)」があります。

コージェネレーションシステムの仕組み

そんなコージェネですが、その名の通りに、熱と電気を供給するのです。その供給方式には二つの方式が存在します。一つは内燃機関を使用する方式、一つは蒸気タービン等を使用する方式の2方式があるのです。

日本では主に「内燃機関」を使用したコージェネが主流で、ディーゼルエンジンやガスタービンを使用しています。どうやって熱と電気を生成しているのかというと、以下のような構成で生成しているのです。

コージェネの仕組み

コージェネの仕組み、基本構成

このように、コージェネレーションシステムは駆動機(装置などの作動部分を動かす装置)にガスタービンやディーゼルエンジンを使用します。

駆動機を通して熱エネルギー、電気エネルギーを生成します。この過程で熱エネルギーだと、熱回収装置を使用し、冷却温排水から熱を回収します。電気エネルギーだと、推進エネルギーを取り出し、回転力を使用する発電機などを使用します。

コージェネレーションシステムのメリット

コジェネメリットその①高効率の発電

従来型のシステムに比べて燃料の本来持っているエネルギーを有効活用できるのがコジェネのメリットの一つです。

コジェネで燃料を無駄なく有効活用できる。

コジェネで燃料を無駄なく有効活用できる。出典:コージェネ財団

従来型のシステムでは総合効率40%なのに対して、コージェネレーションシステムだと総合効率が75%~80%と高いエネルギー効率性を発揮しています。工場において排熱をどうするのかということに関してもコージェネレーションを導入すれば排熱エネルギーを無駄なく回収できるのでメリットが大きいです。

コジェネメリットその②省エネ性能が高い!

根本的に電力供給の安定というのは難しい問題です。電力は常に負荷標準化(電力需要格差の縮小化)がなされるようになっています。様々な電気設備はこの電気のピーク需要に合わせて設備を建設しないといけないのです。

省エネにも強いコージェネレーションピークカット

省エネにも強いコージェネレーションピークカット(出典:コージェネ財団)

このコージェネレーションシステムをその電力需要ピークの際に稼働させることによって電力負荷標準化に貢献できるようになるのです。このことをピークカットというのですが、コージェネレーションにはこの能力が備わっているということです。

電気だけでなく、熱に関しても暖房器具や浴槽に熱エネルギーを供給できるようになるのです。

コジェネメリットその③非常用電源としても有用!

コージェネレーションシステムは、発電機と熱源が一体化した設備であるからこそ災害などによる停電の際に非常用電源として電源利用できるのです。

非常用電源としえもりようできるコージェネレーションシステム(出典:コージェネ財団)

非常用電源としても利用できるコージェネレーションシステム(出典:コージェネ財団)

ですのでBCP(事業継続計画)の一環としてコージェネレーションシステムを導入する会社も多いようです。

以上、コージェネ財団の公開情報などを元にコージェネレーションシステムのメリットについてを紹介してきました。発電効率がよく、省エネ性能も高く、非常用電源としても有用といったメリットがある分、何かしらのデメリットがあるのが世の常です。次にコージェネレーションシステムのデメリットについてを紹介します。

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コージェネレーションシステムのデメリット

コージェネレーションシステムのデメリットには一体どのようなものがあるのでしょうか。

コジェネデメリットその①初期費用が高いよ。

なにが値が貼るかというと、「発電機」のコストが高いということになります。また熱源に関しても工場ごとに設計するワンオフになりやすいので、想定した以上にコストが追加で発生してしまうことがあります。

ガス会社が中心となって「ジェネライト」という小型コージェネレーションシステム(定格発電出力5KW~50KW)を開発・販売していますが、この値段が800万~1000万円相当の値段がかかります。

これを安いととるか高いととるかはクライアントの資金にもよるところが多いですが、初期費用に加えてメンテナンスコスト、ランニングコストを考慮すると、決して安い値段とは言えないでしょう。特に10Kwを超えると電気主任技術者の選任が必要になってくるので人件費などのコストもかかることがあります。

コージェネレーションシステムのデメリットであるコストの高さを技術開発で乗り越える取り組み

コージェネレーションシステムのデメリットであるコストの高さを技術開発で乗り越える取り組み(出典:資源エネルギー庁「コージェネレーションシステムについて」)

ただ、☝のような、初期費用など様々なコストは政府による技術開発により克服できるとの見立てもあります。

コジェネデメリットその②ガスに左右される

コージェネレーションシステムは電気ではなくガス供給により作動するシステムです。つまりはガス供給が途絶すると、コージェネレーションシステムは稼働しなくなってしまうということです。

ガスの輸入先で内線や政権闘争などが起きるとガス価格に影響を及ぼすことがあります。電力ほどの燃料としての安定性はないといえるでしょう。

ガス輸入価格(CIF,LPガス)の推移

ガス輸入価格(CIF,LPガス)の推移

電力に比べてそうそうガス供給が途絶することはありませんが、ガスの値段が上がるとコスト増になってしまうのでガス市場価格にコージェネレーションシステムの稼働そのもの、コストが左右される可能性があるのです。

コジェネデメリットその③排気を熱交換する設備の必要性

排熱は得てして高熱になるものです。ですので、排熱を適切な温度に変換する必要性があります。排熱で水を湯に昇温して利用するなどの変換方法があります。用途に応じて使用する熱変換機器は異なるのですが、このときに必要になるのが「伝熱プレート」などの熱変換機器です。

これを導入するのにも当然コストがかかりますし、メンテンナスコストもかかってきます。

ただ、このデメリットに関しては熱変換の工夫で解決場合もあります。具体的な事例として、北海道のコージェネレーションシステムで、マイナスの熱エネルギーを使用することによってコンピューターサーバーの冷却に「外気」を利用するという事例があるのです。北海道の冷たい外気で排熱を冷却するという事例でした。

まとめ

以上のようにコージェネレーションシステムについての仕組みとそのメリット、デメリットについてを紹介してきましたが、このコージェネレーションシステムの導入は工場などの大量のガスを使用する業者における採用実績が多数あります。

また、このコージェネレーションシステムは近年浸透してきたエコウィルやエネファームにも組み込まれています。新しい市場創出という観点でみてもこのコージェネレーションシステムの推進は今後も推進されていくでしょう。

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