高炉ガスCCPP発電技術の発展の可能性

エネルギー効率と炭素削減に関する協力を強化する

三菱パワーガスタービンエンジニアリングテクノロジー（南京）有限公司の川口隆広会長はスピーチで、「今年の上半期、需要の縮小、供給ショック、新型コロナ肺炎の発生により、鉄鋼業の利益が大幅に縮小し、製品価格は引き続き低水準となっています。世界中で、ゼロカーボン化、水素エネルギー利用、デジタル技術の急速な発展が市場環境や顧客ニーズに大きな変化をもたらしています。複雑な市場状況に対し、三菱は中国の鉄鋼企業と手を取り合い、省エネと二酸化炭素削減における協力を強化したいと考えています。」

三菱パワーガスタービンエンジニアリングテクノロジー（南京）有限公司の総経理、許秀福氏は、「全国炭素排出量取引市場の開設に伴い、CCPP発電設備（ガス・蒸気複合循環発電設備）の二酸化炭素削減が、自家発電に次ぐ鉄鋼業界の新たな利益ポイントとなり、同時に企業にもっと多くの社会的および環境的な便益をもたらすでしょう。既存の生産プロセスやエネルギー供給構造を変更せずに、CCPP技術は鉄鋼業界における節エネルギーと炭素削減のための有効な措置の一つです。これまで国内の三菱CCPP発電設備は累計で2000億kWh以上の電力を発電し、鉄鋼業界に5800万トン以上の標準石炭を節約し、二酸化炭素排出量を1億5000万トン以上削減しました。同時期に建設された高温高圧および超々高圧ボイラータービン発電設備と比較すると、CCPP発電設備はすべての指標で30％以上優れています。」

現在までに、 Variousモデルの三菱CCPP発電セット33基が国内の鉄鋼企業で採用されており、そのうち30基が運用中で、3基が建設中です。運転開始されたユニットの累計運転時間は237万時間を超えており、稼働率は99％以上となっており、鉄鋼業界が当初抱いていたCCPP発電セットの運転信頼性に関する懸念を解消しました。

低炭素技術の向上

低炭素開発は、環境、エネルギー、資源制約のボトルネックを解決し、産業の高品質な発展を促進するための重要な内容であり、同時にその主要な表現と最終目標でもあります。

冶金工業規画研究院の副主任技術者・高雪氏は次のように述べました。「重点大中型鉄鋼企業は、産業発展の先進的なレベルを代表しています。中国鉄鋼工業協会が発表したデータによると、2021年に全国の重点大中型鉄鋼企業のトン鋼当たりの総合エネルギー消費量は549.24キログラム標準炭に達し、2020年と比べて0.59キログラム標準炭減少し、0.11％の減少となりました。2015年と比較すると、トン鋼当たりの総合エネルギー消費量の減少率は4％に達しました。」

高雪氏は、2020年と比べて2021年のコークスオーブンガスの開放率が0.39ポイントまたは40.17%減少し、高炉ガスの開放率は0.08ポイントまたは6.30%減少したと述べました。さらに、トーン鋼当たりのコンバーターガス回収量は119.2立方メートルに達し、1.40%増加しました。産業における二次エネルギー利用のレベルを示す廃熱およびエネルギーの自家発電率は、2015年の44%から2021年の54%まで徐々に10ポイント増加しました。

不完全な統計によると、2020年に中国の主要な鉄鋼企業で合計6,156 MWの発電能力を持つ55基のCCPP発電セットが建設されました。2020年には、主要な鉄鋼企業で合計2,386 MWの発電能力を持つ357基の蒸気発電セットが建設されました。2020年には、総発電容量34,730 MWに達する約700基のガスボイラー発電セットが設置され、前年比3,130 MW増加しました。統計によると、2021年の全国平均自家発電率は約54%になる見込みです。

低炭素変換技術の応用レベルを向上させるため、高学氏は3つの提案を行いました。第一に、焦炉における自動化された石炭供給のレベルを強力に推進し、高炉での省エネと減コークスの先進的なプロセステクノロジーを採用し、石炭利用効率を向上させ、エネルギーの効率的な変換を促進します。第二に、鉄鋼業界の最終エネルギー消費における電力の割合を増やし、エネルギー利用効率を体系的に改善し、CCPP（Combined Cycle Power Plant）高効率発電技術を提唱・普及させます。第三に、エネルギーストレージ技術を積極的に発展させ、鉄鋼企業のガス発電および廃熱発電ユニットを基盤とし、固体熱蓄熱および融融塩熱蓄熱技術に基づき、エネルギーのデジタル化プラットフォームを利用して、時間帯別料金、電力取引などを組み合わせた多エネルギー協調制御技術で鉄鋼企業のエネルギーシステムの調整能力を向上させ、鉄鋼企業がピークカットや谷埋めといった重要な機能を担い、需要側への対応を行い、新エネルギーの消費を促進し、大規模な再生可能エネルギーの接続による問題を解決します。また、大規模な再生可能エネルギーの導入によって引き起こされる地域の発電需要不一致の問題も解決し、発電-送電網-需要のインタラクティブ能力を強化し、地域のエネルギー使用バランスを保ち、エネルギーの価値を向上させます。

自家発電効率の向上

「第14次五カ年計画」期間中、炭素削減とエネルギー消費の二重管理のもとで、鉄鋼業界の生産能力は厳しく管理され、さらに企業が効率を向上させ、炭素排出を削減し、コストを削減して効率を高めることが促進されます。

三菱パワーガスタービンエンジニアリングテクノロジー（南京）有限公司の技術総監である雍義正氏は、「エネルギー節約と炭素削減という背景の下、鉄鋼業界ではガスを用いた自家発電の割合が急速に増加している。生産能力に大幅な増加がない中で、総自家発電設備容量に対して、『第十三次五カ年計画』の終了時点では12.8％上昇した。鉄鋼企業全体の自家発電レベルは向上しているものの、超々高圧や亜臨界を代表とする中間パラメータ発電機が業界の大多数を占めており、発電効率45％を超える大規模で高効率なCCPP発電設備の割合は依然として少ない。大型CCPP発電設備の設置容量は2983MWであり、日本の鉄鋼業界の同様の設備容量2363MWと比較すると、中国の10億トンの鉄鋼生産能力と日本の9000万トンの鉄鋼生産能力を考慮した分析から、中国の鉄鋼業界における先進的で高効率な高炉ガス発電技術にはまだ大きな発展の余地がある。」

鞍山西区エネルギー制御第二発電所の運営エリア主任技師である姜祖明氏は、「鞍鋼は環境保護とリサイクル経済の発展に非常に重点を置いており、常に“リサイクル発展”のコンセプトを堅持しています。余剰ガスを効率的に利用するために、余剰コークスガスの効率的な利用のためにCCPP（統合型ガスタービン・蒸気タービン）発電プロセスを採用しました。従来のガス発電機組み合わせと比較して、180MWのCCPP発電機組み合わせは強い適応性を持ち、広い範囲の高炉ガス熱量に対応できます。燃焼エンジンと蒸気エンジンは二重シャフトで配置されており、公共への暖房供給が可能で、石炭焚き暖房ボイラーによる都市部の大気汚染を減少させます。さらに、潜在能力の深掘りと運転の最適化により、発電効率は47.3％を超え、これは従来のガスボイラーユニットよりも高いです。」

馬鞍山鋼鉄のエネルギー環境部、発電部門に所属するエンジニアである張建秋氏は次のように述べています。「当社のエネルギー環境部では、国内初の低発熱単軸M701SDAX CCPP発電機組を採用しました。このユニットは設計上、定格出力が183メガワットで、設計熱効率は47％以上、実測効率は48％以上であり、年間発電量は約142億7400万キロワット時です。これにより、鉄鋼製造過程で発生する余剰ガス資源を完全に回収・利用し、ガスの放散を減らし、生態環境を保護するとともに自家発電効率を向上させることができます。」

「マスティール・ベイフ発電所の183MW CCPP発電ユニットが運転開始以来、継続的な安全で安定した長期間の生産を実現し、2022年1月から6月までに累計78.03億kWhの電力を生成し、負荷率は99%に達しました。これにより経済、社会、環境面でのメリットでウィンウィンの状況を実現しました。」と張建秋氏は述べました。

さらなる品質向上と効率化、そして炭素排出量の削減のために、三菱パワーは現在、鋼鉄会社向けのより効率的で小型のCCPP発電機組みについて研究開発を行っています。同時に、三菱パワーは水素およびアンモニア燃焼ガスタービンも開発しており、この技術は完全なゼロ炭素燃料を使用してゼロエミッションを実現します。