効エネルギー日記

エネルギーの効率的利用を中心に、自分の考えを述べる。

■化石燃料のデータ

ロッキーマウンテン研究所のレポートが来た。タイトルが「Know your Oil and Gas」(自分が使う石油とガスについて知ろう)だが、具体的には、石油とガスについて考える時に,最終消費されるものについてだけになることが多いというもの。確かに新聞報道などにも、化石燃料の消費量を気候変動とからめて論じるときに、最終消費量で計算していることが多いとしている。

だが、化石燃料は、採掘、輸送、精製、製品輸送などのルートがあり、そこでもエネルギーを大量に消費するし、地球温暖化ガスを大量に放出していることが多い。例えば採掘の時には、その動力に電力や化石燃料を消費するし、採掘時に炭酸ガスやメタンが漏洩する量も多い。輸送時にも、輸送機関がエネルギーを消費するし、輸送する化石燃料も漏洩することがある。その量がどれほどになるか、報じられているのを見ることは滅多にない。あったとしても、具体的な量の数字ではなく、単に、その現象だけであることが多い。

これから調べないと分からないが、IEAなどの国際組織でこのようなプロセスに関連するエネルギー消費量を具体的に示して、それに関わる温暖化への影響度を説明しているのだろうか。調べて見よう。

 

 

 

 

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■合成メタン

天然ガスを燃料にして走る配送車を見ることがある。天然ガスを高圧にして充填し、旧来のガソリン車やディーゼル車のエンジンの仕様を変えているものだが、日本ガス協会によると、次のような特徴があるとされる。

「1.光化学スモッグ酸性雨などの環境汚染の原因となる窒素酸化物(Nox)、炭化水素(HC)の排出量が少なく、硫黄酸化物Sox)もほとんど排出されません。

2.喘息などの呼吸器疾患の原因となる黒煙や粒子状物質(PM)はほとんど排出されません。

3.天然ガスを燃料として使用するため、ガソリン車やディーゼル車に比べて、地球温暖化の原因となる二酸化炭素(CO2)の排出量を低減できます。

4.エネルギーセキュリティの向上にも貢献します。

 

また、トラックやバス、軽自動車に至るまで、次世代自動車のなかでは車種バリエーションが豊富なことも特長です。」

4のエネルギーセキュリティーについては、LNGを原料にする都市ガスが殆どだから、ウクライナへのロシアの侵攻によって、欧州にLNGを送る必要が高まっているため、調達に支障が出る可能性はある。ただ、LNGの海外からの調達は長期契約になっているものが多いから、突然販売が打ち切られることはないにしても、西欧諸国支援のために、日本向けのものを西欧に回すということは起きるかも知れない。

 

これにすぐ対応出来るわけではないが、火力発電所などからの排ガスから回収した炭酸ガスを取り出し、それと水素を化合させてメタンを作る技術開発が進み始めている。これはメタネーションといわれるが、排ガスから回収した炭酸ガスを原料にするため、トータルで見ると炭酸ガスの排出量を減らすことができる。

 

報道によると、IHIは都市ガス原料の合成メタンを燃料に使い、自動車を走らせる実証実験を年内に始めるらしい。実現すれば世界初という。IHIはメタネーションの技術に強みを持つ。11月にも福島県相馬市(国が再エネで水素を大量生産する実証試験を行っている)で始める。市内を運行するコミュニティーバス1台の燃料を合成メタンに切り替える。市内にあるIHIの拠点近くに合成メタンの充填スタンドを設ける。

 

世界的に脱炭素の流れが強まっており、石炭ボイラーなどを手掛けるIHIはCO2の回収・活用法を探ってきた。都市ガス設備が充実した日本ではメタンを使う設備に転用でき、導入を円滑に進めやすい。今後課題となるコスト低減を急ぐようだ。

 

 

 

 

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■節電要請

気温が早く上がって夏日が多くなったためだろうが、電力需要が急増し、現在稼動中の電源ではそれに対応するのが精一杯という状況のようだ。ここ数日、政府の節電要請の記事が頻出している。しかし、節電要請だけではこの夏を乗り切るのは難しいかも知れない。日本人はお上には従順だとは言え、節電要請を無視する人や企業は多いだろう。節電要請に対応してくれた場合、何らかの形で電気代を減らすような対応をするようだ。だが、節電したかどうか、どれほど電力消費を減らしたかを個々の需要家毎にチェックするシステムは、大口の工業用を除いて殆ど普及していないはず。協力しなかった需要家の電気料金も少なくすることにはならないのだろうか。

いま電気メーターは送電系統管理者と結ばれているのだが、そのスマートメーターを介して個々の需要家に具体的なシグナルを送り、それに対応してどれだけの電力量の節減ができたかを個別に分かるようにはまだなっていないだろう。全体の節減量は把握できるから、それによって報酬を出すのは、不公平な対応となる可能性がある。一度にはできないが、できるだけ早く、個別のスマートメーターを経由して、家庭用も含めた需要家に節電要請をし、節減量が即座に分かるようにすることは、いまの技術で可能だ。そのシステムを普及させるには時間とコストがかかることになるが、発電所の増設よりも早く、かつ、安く実現させることは出来るかも知れない。

アメリカの電力事業者は、デマンドレスポンス、あるいは、デマンドサイドマネージメントという情報通信制御システムを確立させているところが多い。単なる節減要請を出すのではなく、個別の需要家の電力消費を制御する、ということは、系統側から通知するだけでなく、電気冷蔵庫や冷房システムなどの温度設定を系統側から変えることもできる。日本でも早くこのシステムを導入すべきだろう。それには電気機器メーカーの協力も必要となるのだが。

 

 

 

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■三菱重工の超小型原子炉開発

三菱重工業が超小型原子炉(マイクロ炉)の開発を進めていると報じられている。炉心サイズが直径1メートル×長さ2メートルとトラックで運べるほど小さい。可搬性に優れることから、離島やへき地、災害時の電源として期待できるとしている。

三菱重工によると、マイクロ炉の設計寿命は25年を目標としており、その間の燃料交換を不要にする。想定する熱出力は1メガワット、電気出力は500キロワットほど。大まかな比較だが、原子力発電所の大型軽水炉1基あたりの電気出力を1ギガワットとすれば、マイクロ炉は数千分の1。次世代原子炉として注目が集まる小型モジュール炉(SMR)と比べても、数百分の1程度の規模になる。運転開始の目標時期は2040年ごろ。

炉心の核分裂で生じた熱は、「高熱伝導体」を介して外側の伝熱管に伝わり、伝熱管内を満たす二酸化炭素(CO2)を加熱する。加熱したCO2を原子炉の外の発電機に送ってタービンを回して電力を生むと説明されているのだが、高温のCO2が熱交換器を介して高圧水蒸気を発生させるのだろうか。でなければ、CO2が直接外気に放散されることになる。

水蒸気で発電するのであれば,出力調整は柔軟にできるだろう。冒頭にあるように、離島などで稼働させるときに、現在の原子炉のように出力調整がし難いと、風力や太陽光発電などの出力変動を吸収できなくなる。

さらに言えば、25年間燃料の交換はしないということだが、25年などすぐに経過する。この時の使用済み核燃料は放射線を出し続けるから、その処理が必要となる。結局放射性廃棄物の処理が必要となるのだから、小型のメリットを評価するとしても、この開発には慎重であって欲しい。

 

 

 

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■複電圧車

近畿日本鉄道近鉄)は5月下旬、統合型リゾート(IR)の計画される夢洲大阪市)への直通に向け、架空線電化区間近鉄各線から第3軌条区間けいはんな線・大阪メトロ中央線の直通に備えた可動式集電装置の試作品が完成し、試験に着手すると発表したと報じられている。ということは、屋根にあるパンタグラフと、車輪近くから横に集電端子を突き出す方式を共存する車両を作るということだろうか。数台の車両が繋がっているものでも、全車両に2種類の集電装置を付ける必要はないかもしれないが、流れる電流の大きさによっては、複数台の車両に設置しなくてはならないだろう。また、電圧も異なるから、電圧変換装置も設置しなくてはならない。これを複電圧車と言うらしい。

近鉄の場合、架空線電化区間の電圧は直流1500Vなのに対して第3軌条区間の電圧は直流750Vとなっており、直通運転をするためには2つの電圧に対応させる必要がある。現在、日本国内で運用している複電圧車は、箱根登山鉄道の車両、JR東日本の新幹線E3系E6系E926形East i(電気・軌道総合試験車)、在来線ではE001形「TRAIN SUITE 四季島」、JR貨物EH800形電気機関車がある。

しかし、電車に給電されている電気の電圧がこれほど多様だとは知らなかった。事例として紹介されているのは、箱根登山鉄道。もともと小田原―強羅間の全区間が直流600V電化だった。しかし1950年に小田急の車両が小田原―箱根湯本間に直通するようになった際に、この区間を直流1500Vに昇圧。これに合わせて箱根登山鉄道の車両を複電圧車に改造した。なお、600V区間は1993年に750Vに昇圧した。

これは直流だが、交流を使っているケースもあるようだ。この場合には、交直変換をする必要があるのだろう。交流モーター、直流モーター、いずれにしろ電圧は同じだから、異なった電圧の区間を走る列車の場合、変換装置が必要になる。これは高容量の変換用半導体が開発されたから、問題はないかもしれないが、重複によるコスト高は避けられないだろう。

JR東日本JR貨物の複電圧車はすべて交流2万Vと交流2万5000Vに対応した車両だ。これにも、変圧器で電圧を変えているケースと、交流2万5000V仕様の車両がそのまま2万Vに乗り入れるケースもあるらしい。少し速度が落ちるだけで済むからのようだ。

 

 

 

 

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■トヨタが水素エンジン車を市販?

乗用車は全て電気自動車になるように思える中、トヨタ自動車が水素エンジン車の市販する意向を明かしたと報じられている。従来のガソリンエンジンと同じ仕組みで、燃料を水素に置き換えたものだ。これに対応して、内燃機関に軸足を置いてきた部品メーカーが開発を加速させているらしい。

米自動車部品大手ボルグワーナーの日本法人も、「日本でも取り組み始めたところだ」と述べている。日本の水素関連の顧客に対して、ボルグワーナーのシステムや部品のノウハウでサポートしているという。同社は、水素だけでなく、合成燃料(e-Fuel)やアンモニアを使うエンジンなど、内燃機関の革新に関わる幅広いテーマの開発を進めているらしい。さまざまな次世代エンジンの候補がある中で、水素エンジンの魅力はどこにあるのか。内燃機関部品を主力事業としてきたボルグワーナーとしては、インジェクター(燃料噴射装置)やターボチャージャー(過給器)といった既存製品を活用できる点が大きい。

水素エンジンは燃料電池車(FCV)と同様に原理的には二酸化炭素(CO2)を排出しない。一方でFCVと異なり既存のエンジンの延長線上にあり、FCVに比べて安価にできる可能性がある。ボルグワーナーの幹部は、ガソリンエンジン車のコストと比較すると、「FCVはシステムを刷新する必要があるため数倍と高いが、水素エンジン車なら1.2~1.3倍で済む」と試算している。同社はいま英国とフランスに開発拠点を構築しているとのこと。

これまで馴染んできたエンジン車が生き延びることになる。

 

 

 

 

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■超電導フライホイール蓄電システム

フライホイールは、真空中に浮かせた鉄の薄い円盤を電磁石で挟み、電磁石に流れる電流で円盤を回転させる。電流が止まっても円盤は回り続けることで蓄電し、必要な時に磁化した円盤から磁石に電流を逆流させて放電する。フライホイールが滑らかに回り続けるように、真空中に磁石で浮かせるのだが、その為に常時電気を流さなくてはならない。その部分を超電導にして抵抗をゼロにすれば、円盤の回転を支える軸受けの出す浮力も長持ちする。

JR東日本は2022年6月7日、鉄道用超電導フライホイール蓄電システムの実証試験を開始すると発表した。電車のブレーキ時に発生する回生電力エネルギーを有効利用できるシステムで、超電導フライホイール蓄電システムの鉄道への応用は、世界初の導入事例になるという。

下り勾配を走行する列車からブレーキ時に生まれる回生電力エネルギーを運動エネルギーとしてフライホイールに貯蔵。このエネルギーを上り勾配を登坂走行する列車に供給する。これにより、登坂走行をアシストするために変電所から送電する電力量を削減できるという仕組みになっている。慣性力の利用となる。だが、超電導を運用するためにはかなりの電力が必要だが、それを含めても効率は上がるのだろうか。

このフライホイール方式は電気自動車などにも応用できるだろう。超電導は無理かも知れないが、ブレーキを踏んだときに円盤を回転させて速度を落とし,加速するときに回転盤の力で発電する。蓄電池を小容量化出来る。ただ、このシステムの重量の低減が課題になるかも知れない。

 

 

 

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