【特集2】産業の脱炭素化担う主力機器 需要の高度化・最適化を促進


カーボンニュートラルの実現には、産業部門の脱炭素化が不可欠だ。官民を挙げて高温度帯の研究が進むなど、産業用HPにかかる期待は大きい。

世界各国でカーボンニュートラル(CN)に向けて電源の脱炭素化が進められると同時に、需要側の脱炭素を図るソリューションとして産業用ヒートポンプ(HP)が改めて評価されている。

工場の熱源にはCO2を排出する重油や都市ガスなど化石燃料が利用されており、日本の工場の熱供給のうち直接加熱が63%、ボイラーなどによる蒸気製造が23%を占める。中でもボイラーは170~200℃の帯域で多く利用されていることから、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は同温度帯域の電化を図るべく、200℃加熱に対応した産業用HPの開発を進めている。

この実証には前川製作所と三菱重工サーマルシステムズの2社が参加しており、前川製作所は最高加熱温度200℃・加熱能力3

00kW級のHP、三菱重工サーマルシステムズは200℃の温水出力でエネルギー消費効率(COP)3.5以上、かつ地球温暖化係数(GWP)の低い新冷媒を使ったHPを開発。200℃帯域のHP開発は世界で唯一の試みで、製品化の暁には世界の脱炭素化を後押しする優れた機器になりそうだ。

産業部門の業種別・温度帯別の熱需要のイメージ
出典:平成29年度新エネルギー等の導入促進のための基礎調査

HP普及に向け技術開発 国産技術が海外で活躍

最先端の機器を導入すれば、当然のことながら産業の省エネは進む。

とはいえエアコンやエコキュートなどの民生用HPと異なり、産業用HPの省エネ効果は利用する環境に大きく左右されるため、需要家も導入を検討しようにも実際にどれだけの効果があるのか分かりにくく、普及が進まない課題の一つだった。そこでNEDOは、HPの導入効果を分かりやすい形で表示する「産業用HPシミュレーター」の開発を進めている。

同シミュレーターは想定しているHPの利用方法、冷媒の種類、定格加熱能力や給水温度、流量などを入力することで、HPのCOP、加熱能力、一次エネルギー消費量、CO2の排出量を見える化。主に自社設備の省エネを図る際に使うことを想定したシステムだが、エネルギーサービス会社が需要家向けに提案する際にも活用可能だ。

【特集2】需要側で脱炭素進める欧州勢 HP普及には裾野の広がりが重要


甲斐田武延/電力中央研究所 グリッドイノベーション研究本部 ENIC研究部門 主任研究員

産業分野の脱炭素化に向けて、欧州で製品開発の動きが活発化している。 IEAのHP技術協力プログラムの委員を務める甲斐田氏に動向を聞いた。

―産業用HP開発の現状は。

甲斐田 日本はこれまで産業用の開発をリードしてきました。しかし、東日本大震災が発生してから電力需給がタイトになった影響などで、電化に向けた取り組みが尻すぼみとなりました。一方で欧州では脱炭素化に向けた取り組みを進める中で産業用HPに着目し、技術もだいぶ進歩しています。

―欧州の取り組みは。

甲斐田 例えば暖房の場合、デンマークなどでは地域熱供給が主流で、その熱源の多くは石炭など化石燃料ベースの火力発電所の排熱を利用しています。特に、石炭火力発電所は2020年代で廃止する方向で、発電所由来の熱源は減っていきます。実際、デンマークでは閉鎖される石炭火力由来の熱源の代替に、5万kWの大容量HPが熱源になる計画もあります。

 技術開発については、フランスではフランス電力(EDF)が主体となって、10年に研究チームを設立し、100℃、120℃、140℃の産業用HPを開発しました。オーストリアも14年から130℃、160℃の産業用HPを開発し、製品化されました。まさにこの10年間で欧州の技術は日本と同じぐらいのレベルに追い付こうとしています。

HPの主戦場はアジアへ 大型プロジェクト進める欧州

―日本のメーカーにとっては海外勢の足音が聞こえてきた、というところでしょうか。

㆙斐田 産業用HPは、民生用の空調・給湯HPとは異なり、日本メーカーの販売先はほとんど国内工場向けで、欧州メーカーも欧州域内が主戦場ですので、今のところ市場で競合はしていません。

 ただ、欧州では工場が減り、多くの業種で中国や東南アジア、インドへの移転が進んでいます。こうした工場に対して開発した製品を売るべく、まずは欧州で製品を開発して実証しています。

―日欧メーカーがアジアで戦うことになりそうですね。

甲斐田 今後はアジア市場で欧州勢と勝負になるかもしれません。日本の技術力は依然として高いですが、EUも「Horizon 2020」というイノベーション推進プログラムの枠組みで、産業用HPの開発と実証に対して10億円以上の投資を行いました。21年からは後継の「Horizon Europe」がスタートします。20年には本プログラムに向けてノルウェー、デンマーク、オランダ、オーストリアなど欧州の研究機関が連名で脱炭素化実現に向けて産業用HPの開発や実証、普及の強化を呼び掛けるレポートを公表しています。

 日本でも産業用HPが重要技術だと啓発することが求められます。

―日欧ともに、優れた技術を現場に導入することが今後重要になります。どう考えますか。

甲斐田 産業用HPはポンと置いて使える技術ではありません。どのように生産工程に組み込むかを事前に分析する必要があり、その担い手が必要になります。

 デンマークには産業用HP導入に特化したコンサルティング会社が登場し、工場データの分析からヒートポンプの選定、導入プロジェクト全体の管理・監督を担っています。フランスではEDFとその子会社のDalkiaがコンサルティングとエンジニアリングを行っています。

 日本でも小売り電気事業者やエネルギーサービス・ソリューション会社などが工場とメーカーの間に入って、それらの役割を担っていくことが期待されます。

かいだ・たけのぶ 2011年電力中央研究所入所。19~20年フランス電力(EDF)訪問研究員。国際エネルギー機関(IEA)ヒートポンプ技術協力プログラムAnnex48(産業用HP)、Annex58(高温HP)の委員を歴任。

【特集2まとめ】産業用ヒートポンプの脱炭素力 鍵握る「高温化」の技術開発


脱炭素化の有力技術としてヒートポンプへの期待が高まっている。
とりわけ注目されるのが「高温化」技術の進展だ。
大型ヒートポンプの導入は産業分野の省エネを加速させる。
2050年カーボンニュートラルを目指す業界の最新動向を追った。

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【レポート】産業の脱炭素化担う主力機器 需要の高度化・最適化を促進

【対談】「高温化」実現への期待 世界に誇る日本の技術力

【レポート】HP導入でCO2排出量削減 産業部門の省エネに貢献

 【国内編】製造工程や排水処理で活用 GHG排出量ネットゼロに躍進

 【海外編】中国工場でEMSの省エネ実証 海外での事業展開にも光明

【インタビュー/甲斐田武延:電力中央研究所】需要側で脱炭素進める欧州勢 HP普及には裾野の広がりが重要