スターリングエンジンを用いたコジェネレーション
コジェネレーションとは,燃料の熱エネルギーを使ってエンジンを運転し,発電させると同時に,エンジンからの排熱を利用して温水を作るなど,熱の有効利用をする方法です。昨今,スターリングエンジンが期待されている用途の一つです。
スターリングエンジン・コジェネレーションシステムの構成
下の図は,スターリングエンジンを用いたコジェネレーションシステムの概略を示しています。天然ガスや石油などの燃料を燃焼させて,スターリングエンジンを動かし,発電出力を得ます。通常,発電された電気エネルギーはバッテリに蓄えられ,家庭用電力(AC100Vなど)に変換するインバータを介して,使用されます。一方,燃焼を終えた排気ガスは熱交換器で冷却水を暖めます。暖められた冷却水(温水)は,温水タンクに蓄えられ,必要に応じて給湯(暖房や風呂)などに使われます。このようにコジェネレーションシステムでは,燃焼後の排熱を有効に回収することで,燃料のエネルギーを無駄なく使うことができます。

スターリングエンジンコジェネレーションシステムの概略
コジェネレーションの規模
コジェネレーションシステムは,用途によって,小規模(家庭用),中規模(業務用)および大規模(地域用)に分けられます。小規模(一般家庭用)では発電出力が1
kW程度と言われています。中規模は,工場やビルディング,病院,食道などの建物を対象としており,建物の用途によって異なりますが,概ね3〜50
kW程度の発電出力が必要となります。大規模は,地域的なコジェネレーションを対象としており,概ね100
kW以上の発電出力が必要になります。現状のスターリングエンジンの開発状況から考えると,スターリングエンジンが対象となるのは,小規模並びに中規模です。
コジェネレーションの規模
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発電出力レベル |
動力源 |
備 考 |
小規模(家庭用) |
〜1 kW |
ガスエンジン,スターリングエンジン,燃料電池 |
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中規模(業務用) |
3 kW〜50 kW |
ガスエンジン,スターリングエンジン,燃料電池 |
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大規模(地域用) |
100 kW〜 |
ガスタービン,ガスエンジン(ディーゼル)他 |
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スターリングエンジンの適用性
小・中規模のコジェネレーションに使用できる動力源としては,スターリングエンジン,ガスエンジン,および燃料電池があります。それらの特徴を下の表に示します。
燃料電池は発電量が大きく,ガスエンジンとスターリングエンジンはほぼ同等の性能と言えます。国内での熱・電気需要を考えると,発電量を大きくするのがよいと言われていますので,現状では燃料電池がコジェネレーションに適した動力源であると考えられます。
また,現状でのスターリングエンジンの開発状況を見ると,発電出力1 kW程度のエンジンの発電効率はやや低く,10
kW以上のエンジンではかなり高い発電効率が得られています。すなわち,中規模コジェネレーションでは,スターリングエンジンが有望です。
コジェネレーションの動力源
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目標性能 |
実際の性能(推測) |
備 考 |
ガスエンジン |
発電20%+温水65% |
発電20%+温水65% |
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燃料電池 |
発電35%+温水50% |
(発電20%) |
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スターリングエンジン |
発電20%+温水65% |
Whisper社,発電0.75 kW,15%
SOLO社,発電10 kW,24%
STM社,発電25 kW,30% |
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ボイラー(参考) |
温水100% |
温水〜100% |
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コジェネ用燃料電池の特徴
●環境適応性が高い(排ガスがクリーン)
●現状では改質器の白金触媒のコストに問題あり?
●現状では目標発電効率35%は困難?
●燃料電池技術の確立には,もうしばらく時間がかかるのでは?
●トータル的な製作コスト,基礎技術に課題があり? |
コジェネ用ガスエンジンの特徴
●中・大規模コージェネレーション用に製品化されている。
●既存の内燃機関の技術を流用でき,価格面で極めて有利。
●小規模コージェネレーション用エンジンでは,燃料ガスの圧縮装置に課題あり? |
スターリングエンジンとガスエンジンの比較
●製造コスト:ガスエンジンが圧倒的に有利。
●騒音:エンジン単体であればスターリングエンジンが有利。ただし,ガスエンジンに防音設備を施せばほぼ互角。ディーゼル式ガスエンジンの過給器(ターボチャージャー)は不利。
●排気ガス:連続燃焼であるスターリングエンジンが有利。燃焼制御が容易なため,スターリングエンジンは排気ガスをクリーンにできる可能性がある。。
●燃料:燃料の多様性の観点からスターリングエンジンが有利。
●発電/熱回収(温水):小型エンジン(1 kWレベル)ではガスエンジンが有利(高発電効率)。中型以上ではスターリングエンジンが有利になる可能性がある。
●以上より,スターリングエンジンはコジェネレーション用動力源の一つの選択肢であり,ガスエンジンとの競合はあるものの,低コスト化により小規模コージェネレーションで早期実現が可能であると考えられる。 |
[Stirling Engine Dictionary]
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