大型の水素タービン技術の方向性 · 2.mhpsにおけるとりくみ...

大型の水素タービン技術の方向性

2016年5月30日

三菱日立パワーシステムズ

タービン開発総括部

ガスタービン開発部

谷村聡

GCH-160078 SL2

次世代火力発電の早期実現に向けた協議会(第6回会合)

FHCA2106

スタンプ

1. はじめに

2. MHPSにおける取り組み

3. 水素焚きガスタービンの今とこれから

4. 今後の展開・まとめ

© 2016 MITSUBISHI HITACHI POWER SYSTEMS, LTD. All Rights Reserved. 1

目次


1.はじめに

次世代火力発電における水素の位置付け • 高効率GTCC(1700℃級)の燃料の一つ

水素導入期は、既存発電所でのLNGとの混焼で運用最終的には水素専焼を目指す

• CCS-IGCCのガスタービン燃料

大型ガスタービンでの水素利用の効果 • 水素導入期のインフラ拡充効果(大量利用、高効率、低純度対応)

• 発電分野でのCO2削減効果拡大

1. はじめに





2015 2020 2025 2030


水素/LNG混焼

ガスタービン開発

水素専焼


現在～2020 2020～2030

水素インフラ導入期 2030以降

水素インフラ成熟期

開発水素混焼GT開発水素専焼GT開発水素専焼GT改良

実機展開・中小型GT ・コジェネ、自家発

・大型GTのリプレイス LNG専焼から水素/LNG混焼へ

・大型GTのリプレイス LNG専焼、水素混焼から水素専焼へ

目標

・安価燃料適用、発電コストの低減・安定運用の実現

・電力分野のCO2低減・幅広い水素混焼割合に対応可能・LNG専焼運用も可能

・電力分野のカーボンフリー化

設計実証運転

研究開発実証運転 2030年までの

実証完了を目指す

2020年までに

設計を完了

現在水素インフラ導入期水素インフラ成熟期

開発フェイズ

実機展開

目標

水素混焼GT開発水素専焼GT開発

・中小型GT

・コジェネ、自家発

・電力分野のCO2低減

・幅広い水素混焼割合に対応可能

・LNG専焼運用も可能

・大型GTのリプレイス

LNG専焼から水素/LNG混焼へ


LNG専焼、水素混焼

から水素専焼へ

・電力分野の

カーボンフリー化

2.MHPSにおける取り組み ~大型水素タービン導入・拡大のシナリオ~

設計

2.MHPSにおけるとりくみ ~エネ庁次世代火力ロードマップ~


次世代火力発電の早期実現に向けた協議会(第5回会合)資料3より抜粋

2.MHPSにおけるとりくみ ~MHPS製品群（エネ庁ロードマップとのかかわり）~

現在 2020年度頃 2030年度

石炭火力

発電効率

1600℃級

GTCC

1700℃級

GTCC

GTFC

(ﾄﾘﾌﾟﾙｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞ)

1500℃ IGCC

IGFC

CCS-IGCC

水素リッチ燃料

水素燃料適用分野①

水素燃料適用分野②

M501J形GT

ハイブリッドSOFC実証機

九州大学

Nakoso IGCC CO2回収実証プラント米アラバマ州

水素火力

LNG火力

次世代火力発電における水素の位置付け

① 高効率GTCCの燃料バリエーションの一つ水素インフラ導入期：LNGとの混焼水素インフラ成熟期：水素専焼

② CCS-IGCCのガスタービン燃料


水素焚きGTCC

CO2ﾌﾘｰ水素

USC

A-USC

GTFCへハイブリッド

SOFC IGFCへ

IGCC CO2回収技術

1. はじめに





これまでの取り組みこれからの取り組み

開発目的 • 副生物や安価な燃料の

有効利用 • 電力分野でのCO2削減

対象燃料

• 副生ガス(石化関係副産物) • Syngas

(石炭・重質油ガス化) • BFG・COG(製鉄関連ガス)

• LNGと水素の混焼 (水素インフラ導入期)

• 水素専焼 (水素インフラ成熟期)

対象機種 • 自家発電機・コジェネ中心

(安定運用重視で、最高効率を目指すものではない)

• 高効率大型コンバインド機1600-1700℃級大型GT CC効率60%以上が目標

• 電力分野でのCO2排出量削減を目標に、高効率大型コンバインド機へ開発をシフトする。

3.水素焚きガスタービンのいまとこれから ~水素含有燃料に対する取り組みの変化~


水素焚きGT実現の波及効果により、水素利用基盤拡大へ貢献

出典：NEDO 水素エネルギー白書

~水素利用基盤拡大への貢献~

低純度水素への適合・ｻﾌﾟﾗｲﾁｪｰﾝ選択肢拡大・供給コスト低減

大規模水素需要創出・物量効果による水素インフラの拡大・供給コスト低減

高効率な発電・発電コストの低下

3.水素焚きガスタービンのいまとこれから


水素水素

• 開発要素は燃焼器のみ(水素混焼、専焼の為の燃焼器を開発)

• 圧縮機、タービン等、その他構成要素はLNG焚きGTと共通(※)

ガスタービン全体図出典：自社カタログ

3.水素焚きガスタービンのいまとこれから ~LNG焚きGTの構成要素流用による早期実現~


燃焼器空気と燃料を混合、燃焼することでタービンを作動する為の高温/高圧ガスを生成する

ノズル

スワラ支持筒

燃焼筒

※1700℃級ガスタービンの

開発成果を活用

タービン圧縮機


水素混焼(～20vol% H2) LNGで実績のあるDLN燃焼器を適用し、水素とLNGを混焼

3.水素焚きガスタービンのいまとこれから ~開発の手法(水素含有割合に応じた燃焼器の適用)~

水素専焼 CCS-IGCC用に開発したマルチクラスタ燃焼器をベースに、 1600℃/1700℃の高温対応へ向けた改良設計を実施

燃焼方式

拡散方式予混合方式分散混合方式

N0x低減方法 N2希尺/ 水噴射

/ 蒸気噴射ドライドライ

実機適用実績主に中小型及び

IGCCで多数実績有大型機に多数有

Hシリーズにて検証中

燃料実績 H2ﾘｯﾁ､IGCC、BFG、

天然ガス､油など天然ガス、油

H2ﾘｯﾁ、IGCC、天然ガス、油など

水素濃度制限無～20% 水素専焼への

対応が目標

3.水素焚きガスタービンのいまとこれから ~ガスタービン燃焼器の分類~


1. はじめに






現在～2020 2020～2030

水素インフラ導入期 2030以降

水素インフラ成熟期

開発水素混焼GT開発水素専焼GT開発水素専焼GT改良

実機展開・中小型GT ・コジェネ、自家発

・大型GTのリプレイス LNG専焼から水素/LNG混焼へ

・大型GTのリプレイス LNG専焼、水素混焼から水素専焼へ

目標

・安価燃料適用、発電コストの低減・安定運用の実現

・電力分野のCO2低減・幅広い水素混焼割合に対応可能・LNG専焼運用も可能

・電力分野のカーボンフリー化

4.今後の展開・まとめ

2015 2020 2025 2030

水素/LNG混焼


水素専焼


設計実証運転

研究開発実証運転 2030年までの

実証完了を目指す

2020年までに

設計を完了

現在水素インフラ導入期水素インフラ成熟期

開発フェイズ

実機展開

目標

水素混焼GT開発水素専焼GT開発

・中小型GT

・コジェネ、自家発

・電力分野のCO2低減

・幅広い水素混焼割合に対応可能

・LNG専焼運用も可能


LNG専焼から水素/LNG混焼へ


LNG専焼、水素混焼

から水素専焼へ

・電力分野の

カーボンフリー化

設計

大型の水素タービン技術の方向性 · 2.mhpsにおけるとりくみ...

Documents