■小型ORC発電システムの高効率化

NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）は2023年3月6日、「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」でにおいて、馬渕工業所、東京大学生産技術研究所、宮城県産業技術総合センターが廃熱を利用する高性能な5kW級の有機ランキンサイクル（ORC）発電システムを開発したと発表している。ORCは蒸気タービンと同じ方式で、低沸点の有機媒体（フロンガスなど）を、水を蒸発させるよりも低い温度で蒸気を発生させ、タービンを回して発電する。

今回発表されたシステムは、5kW級の出力を得るのに必要な熱量の大幅な効率化を実現し、発電機を稼働させるスクロール式膨張機の効率化では国内最高レベルの成果だという。地熱・温泉熱・産業系廃熱などの未利用廃熱を活用した有機（Organic）ランキンサイクル（ORC）発電システムが注目されている。火力発電所の排ガス温度は高いから、その熱を使って2段目の発電ができる。規模の大きいものよりも、小規模な発電を高温排熱でできるが、そのような排熱利用がされていない分野がまだ多いようだ。

これまでの5kW程度の小型ORC発電システムは発電した電気の品質条件が厳しく、コスト面に課題があった。そこで馬渕工業所、東京大学生産技術研究所、宮城県産業技術総合センターらの共同チームは、小型かつ高性能なORC発電システムの開発に取り組んだ。今回開発したシステムは、ボイラーを熱源とし、80℃の廃温水を想定した運転では、発電機の回転数が1分間当たり3600回転で、出力換算では4.5kWの発電出力を確認できた。従来のORC発電システムでは4～5kWの発電出力を達成するのに必要な熱量が100～125kWであったのに対し、今回のシステムでは60～75kWで済むため、40～50kWの効率化に成功したことになる。さらに実地運転では、想定よりも低い廃熱温度帯での発電の実証実験にも成功している。

今後は得られた成果を踏まえ、馬渕工業所ではさらなる発電出力の増加や今回開発したORC発電システムの高度化を図る他、リチウムイオンバッテリーとの連動も進める開発を行うとしている。規模の小さい工場などでも、結構大量の高温排熱を捨てているところは多い。捨てられる排熱を利用することを考えても、温水にするくらいのことで、発電まで考えるところはまだ少ないだろう。また、考えたとしても、その排熱回収システムのコストが高いために、事業性の面から検討しないこともあっただろう。

ウクライナ問題が終わった後にも、エネルギー価格の高騰が継続する可能性はあるし、エネルギー自給率の低い日本では、ORCのような低温排熱で発電する方式をもっと普及させるような制度設計が必要だろう。排熱は、いわば自前のエネルギーなのだから、エネルギー自給率を上げるのと同じ効果がでるのだから。

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