[일본] 바람의 흔들림을 열로 전환시켜 만든 증기로 바이너리발전
도시바와 고베제강은 2014년 8월 복수의 재생가능 에너지를 조합시킨 발전시스템의 실증시험을 효고현에서 개시하였다. 이것은 일본 국내에서 처음으로 시도하는 실증시험이다. 예를 들면 일본 국내에서 발전 신청서를 제출한 태양열발전으로서는 최초의 사례이다. 때문에 실증시험에서는 수치목표를 정해 놓고 있지 않다. 복수의 재생가능 에너지를 조합시킨 시스템을 구축할 수 있는지 검토하였다. 자연조건의 변환에 영향을 받지 않고 안정된 전력 및 온수를 얻는 시스템이다.
실증시험의 내용은 크게 두 개로 나뉜다. 첫 번째가 풍력발전의 단기적인 출력변동을 평준화시키는 것이다. 두 번째가 평준화 시 나오는 전력(출력변동 성분)에서 열을 만들어 내어 별도로 준비한 태양열 집열기, 바이오매스 보일러의 열과 합쳐 이용하는 것이다. 열을 증기로 변화시켜 바이너리 발전기를 통과시켜 전력과 온수공급시스템을 구축한다.
실증시험에 사용하는 시스템의 전체 구성을 보면(그림), 좌측의 빨간선으로 연결된 부분은 풍력발전기의 출력 중 일부 잉여전력을 사용하여 전기히터를 작동시킨다. 전기히터는 열매체(오일)를 예열한다. 그 후 복수의 집열기에서 태양열을 모은다. 오일의 온도는 300도에 이른다. 이 열을 이용하여 그림 중앙 위의 증발기에서 130도 이상의 증기를 만든다.
그림 우측에서는 2기의 바이오매스 보일러를 사용하여 보조적인 증기를 만든다. 이것을 앞의 증기와 합쳐 바이너리발전기에 보낸다. 그림 중앙 아래에 있는 풍력발전소는 이미 설치된 것으로 2002년에 설립된 미나미아와지(南淡)풍력개발이 사업주이다. 출력 1,500kW의 풍차 1기(타워 허브 높이 64.7m, 로터 직경 70.5m)를 갖추고 있다. 풍차로부터의 전력은 칸사이전력에 판매되고 있다. 실증시험의 입지는 풍차의 위치로부터 결정되었다.
그림 좌측의 실증목표는 태양열집열장치의 시스템으로서의 실현성을 검증하는 것이다. 실현성은 소규모 시설에서 경제적으로 사용할 수 있는 전기 및 열의 공급원이 될 수 있는가 하는 것이다. 태양열발전시스템 전체를 디지털 제어하는 부분을 개발하고 있다. 풍력 출력 예측시스템을 사용하여 계통으로 출력할 수 없는 단기적인 전력량을 예측하고, 전기히터를 가동시킨다.
태양열 집열기는 트로프(trough)형으로 물받이와 같은 형태를 한 포물면 거울을 배열하고, 그 집점(focus)에 매체가 통과하는 파이프를 일직선으로 설치한다. 파이프에만 태양광이 모여 효율적으로 가열할 수 있다. 집열기의 구성은 대형인 경우 1열 6대, 소형인 경우 4열 64대이다. 전체 600~700kW의 열을 만들어낸다. 대형 6대와 소형 64대의 출력은 거의 같다.
그림 우측의 실증목적은 바이너리발전기를 태양열을 열원으로 하여 동작시킬 수 있는지의 여부와 기후에 의해 다른 열량에 대해 바이오매스 보일러로 보완한 동작 데이터 검증과 축적이다. 이것은 풍력발전의 잉여분 및 태양열과 시간의 경과에 따라 복잡하게 변동할 것이다. 바이너리발전기 자체는 제품화된 것을 그대로 이용한다. 태양열 및 풍력으로부터 얻어진 증기는 1시간당 1,000kg이다. 기후가 좋지 않을 경우 이것을 보충하기 위해 바이오매스 보일러 2기를 이용한다. 합계 1시간에 450~500kg의 증기(130도 이상)를 만들어낼 수 있는 장치이다.
바이너리 발전기의 설비능력(출력)은 70kW이다. 만들어 낼 수 있는 온수의 양은 실증시험에서 확인한다. 이번에 중요한 것은 8월부터 3월까지 여름, 가을, 겨울, 봄의 데이터를 취득할 수 있다는 것으로 이러한 데이터는 일본 국내에는 없다.
(그림) 시스템 전체 구성
[원문보기]
風の揺らぎを熱でカバー、作った蒸気でバイナリー発電 (1/2)
東芝と神戸製鋼は、2014年8月、複数の再生可能エネルギーを組み合わせた発電システムの実証試験を淡路島で開始した。風力発電の出力変動によって生まれた余剰電力と太陽熱を組み合わせて蒸気を生み出し、バイナリー発電機を動かすという国内初の取り組みだ。
東芝と神戸製鋼は、2014年8月、複数の再生可能エネルギーを組み合わせた発電システムの実証試験を兵庫県南あわじ市阿万西町で開始した（図1）＊1）。2014年度末まで取り組む。
「国内で初めて取り組むタイプの実証試験だ。例えば国内で発電届けを提出した太陽熱発電としては初の事例である」（東芝）。このため、実証試験では数値目標を定めていない。複数の再生可能エネルギーを組み合わせたシステムを構築できるかどうかを探る。自然条件の変換にかかわらず安定した電力や温水を得るシステムだ。
2つの目標を追い求める
実証試験の内容は大きく2つに分かれる。第1が、風力発電の短期的な出力変動を平滑化すること。第2が平滑化の際に取り出した電力（出力変動成分）から熱を作り出し、別に用意した太陽熱集熱器、バイオマスボイラーの熱と足し合わせて利用することだ。熱を蒸気に変えてバイナリー発電機に通し、電力・温水供給システムを構築する。
実証試験に使うシステムの全体構成を図2に示す。図左側の赤い線で結ばれた部分では、風力発電機の出力のうち、一部の余剰電力を使って電気ヒーターを動かす。電気ヒーターでは「熱媒体（オイル）」を予熱する。その後、複数の集熱器で太陽熱を集める。「オイルの温度は300度に達する」（神戸製鋼）。この熱を使い、図中央上の蒸発器で130度以上の蒸気を作る。
図右側では2基のバイオマスボイラーを使って補助的な蒸気を作る。これを先ほどの蒸気と足し合わせてバイナリー発電機に送り込む。
なお、図2中央下に描かれた風力発電所は既設のものであり、2002年に設立された南淡風力エネルギー開発が事業主である。出力1500kWの風車1基（タワーハブ高64.7m、ローター直径70.5m）を備える。風車からの電力は関西電力に売電している。実証試験の立地は、風車の位置から決めたという。
＊1） 環境省の地球温暖化対策技術開発・実証研究事業（競争的資金）に採択された事業を受けて実施するもの。2012年9月に「風車・太陽熱・バイオマスボイラをハイブリッドしたバイナリ発電に関する技術開発」事業として交付が決定し、2013年9月に着工、2014年8月に設備が完成した。総工費6億8000万円のうち、環境省の補助金で2分の1をまかなう形だ。
図2 システムの全体構成 出典：東芝・神戸製鋼
以下では図2のシステムの内容を具体的に紹介する。
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
