【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】中国工場でEMSの省エネ実証 海外での事業展開にも光明


【NEDO/横河電機/日本総合研究所/東京電力ホールディングス】

国産省エネ技術の海外展開に向け、NEDOは実証事業を行っている。中国の工場で、産業用HPなど高効率機器が大きな成果を上げた。

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、横河電機、日本総合研究所、東京電力ホールディングス(HD)の4者は、中国広東省の工場に産業用ヒートポンプ(HP)など、省エネ設備を導入する実証事業を行った。

この実証では、日本が強みを持つエネルギー技術およびシステムを対象に海外の環境下における有効性を実証することで、民間企業のビジネスチャンスにつなげることが目的。アルミ工場を運営する広東華昌鋁廠有限公司と、紡績工場を運営する互太(番禺)紡織印染有限公司の2工場に対して、HPやエネルギーマネジメントシステム(EMS)を導入し、エネルギー需給の高度化と生産効率を高めながら大幅な省エネを図っている。

CO2削減量は1万㎘超 ランニングコストも大幅減

実証は2017年10月から開始。工場に導入する各種設備の基本設計は、東電HDグループ会社の東電エナジーパートナー(EP)が担った。

広東省仏山市にある華昌鋁廠のアルミ工場では、建築用アルミサッシを製造している。製造過程では防錆のために電着塗装による表面処理が行われるが、塗装時に大量の熱が発生するため冷水で塗装槽を冷却しなければならない。

同社はこれまで定速機とインバーター制御のターボ冷凍機複数台を組み合わせて冷水を供給していたが、エネルギー利用の合理化を図るべく高効率のインバーターターボ冷凍機(三菱重工サーマルシステムズ製)2台と、冷温同時HP(神戸製鋼製)を6台導入した。

冷温同時HPで供給可能な温水は、電着塗装の前工程で行われる前処理工程で使用するようシステムを構築。高効率設備による冷水の供給に加え、冷温同時HPでも温水を供給するため蒸気ボイラーの稼働率を減らすことができた効果で、導入前と比較して年間一次エネルギー使用量は年換算で57%(原油換算で847㎘)、ランニングコストは実績値で年間36%(約154万元)削減した。

同工場は14年からエネルギー管理体制を確立して省エネに取り組む企業ではあるものの、この実証での削減量は過去5年間取り組んできた成果に匹敵するそうだ。

華昌鋁廠に導入したインバーターターボ冷凍機
華昌鋁廠に導入した冷温同時HP

【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。