高効率 炭火力高効率石炭火力発電の現状と将来 に向...
TRANSCRIPT
セッションテーマ:経済と環境を救うクリーンコール
高効率 炭火力 状 将来高効率石炭火力発電の現状と将来に向けての技術開発に向けての技術開発
2010年 9月 8日
Copyright 2007, Toshiba Corporation.
目次
1. 1. 蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト
2. 2. 石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上
3. 3. 将来技術(将来技術(AA--USCUSC、、CO2CO2分離回収技術)分離回収技術)将来技術(将来技術( 、、 分離回収技術)分離回収技術)
2© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
目次
1. 1. 蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト
2. 2. 石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上
3. 3. 将来技術(将来技術(AA--USCUSC、、CO2CO2分離回収技術)分離回収技術)将来技術(将来技術( 、、 分離回収技術)分離回収技術)
3© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
火力発電用蒸気タービン 納入実績[2010年3月末現在] USA
Iran Pakistan [2010年3月末現在]
Canada10 Units
1,427 MW
USA96 Units
29,370 MW
Thailand8 Units
348 MW
India10 Units
2,458 MW
Kuwait22 Units
4,470 MW
4 Units255 MW
China(incl Taiwan Region)
3 Units137 MW
Bulgaria 348 MW (incl. Taiwan Region) 49 Units
12,037 MW
3 Units532 MW
Iceland1 Unit
34 MW
Mexico30 Units
2 512 MWAntigua
Korea28 Units
2,138 MW
Cyprus
Puerto Rico1 Unit
214 MW
Japan1,447 Units
81,134 MW
Italy4 Units
994 MW
UK1 Unit
210 MW
34 MW
2,512 MW 2 Units18 MW
Venezuela7 Units
1,418 MW
Philippines27 Units
1,114 MW
Nigeria
Egypt6 Units
1,764 MW
2 Units120 MW
Nauru1 Unit
0.1 MW
81,134 MW
UAE4 Units
968 MW
Costa Rica1 Unit
55 MW
Brazil3 Units
155 MW
Argentina
Indonesia15 Units
2,328 MW
Sri Lanka1 Unit6 MW
Botswana
Nigeria4 Units
56 MW Lebanon4 Units
130 MW
BahrainBangladesh
5 Units
3 UnitsPapua New Guinea
135 MW
3 Units14 MW
Australia55 Units
11,672MW
Malaysia22 Units
4556 MW2 Units118 MW
Botswana1 Unit
33 MW
Bahrain1 Unit
65 MW41 MW
Myanmar2 Units
0.9 MW
South Africa
1927年の初納入以来 37カ国 累計1 890台(160GW)を納入
4© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
1927年の初納入以来、37カ国 累計1,890台(160GW)を納入
最新石炭火力プロジェクトUSA I t日本 舞鶴#2Bulgaria – Maritsa East 2
#1,3,4 3x177MW Coal FiredPlant Rehabilitation
(COD:#1 Sep.2007, #3 Nov.2008, #4 Feb.2009)
China Taizhou #1,#22x1000MW Coal FiredUSC 25MPa600/600℃
(COD:#1 Dec.2007/#2 Mar.2008)
USA - Iatan2x1000MW Coal Fired
USC 25.5MPa582/582℃(建設中)
日本 – 舞鶴#2900MW Coal Fired
USC 24.5MPa595/595℃(COD: Aug. 2010)
, )
Indonesia - Tanjung Jati B ExtensionJati B Extension
2x660MW Coal Fired
(建設中)Rumania – Paroseni #4
1x150MW Coal Fired
India - Mundra5x800MW Coal Fired
USC 24.2MPa565/593℃(建設中)
Malaysia - Jimah 2x700MW Coal Fired
(COD:#1 Jan./#2 Jul.2009)
Malaysia - Tanjung Bin 3x700MW Coal Fired(COD:#1 Oct.2006/
#2 F b /#3 A 2007)
1x150MW Coal FiredPlant Rehabilitation
(COD: Aug.2007)
(建設中) #2 Feb./#3 Aug.2007)
5© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
納入実績紹介(1)
関西電力株式会社殿 舞鶴発電所2号機 2010年8月営業運転開始
蒸気タービン クロスコンパウンド、4流排気式(CC4F 43”)(CC4F-43”)
発電機 1次/2次:670MVA/370MVA出力 900 MW主蒸気 24 5 MP 595℃主蒸気 24.5 MPag、595℃再熱蒸気 595℃回転数 1次/2次:3,600rpm/1,800rpm
特徴 高レベルのプラント効率
ブ プ種々の炭種に対応したフレキシブルなプラント各炭種で高効率運用若狭湾国定公園に隣接、狭隘地に環境調和・
景観保護を重視したプラント設計
6© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
最新鋭石炭火力プラント
納入実績紹介(2)
オーストラリア Eraring 660MW
Eraring Unit 4 & 10 (オーストラリア): タービン、発電機(東芝製)
連続 転 数
2003年に世界最長の連続運転記録としてギネスブックに登録
連続運転日数: 673日間 (1995年2月26日~1996年12月31日) 稼働率 : 99.63%
世界で最も信頼性の高いタ ビン発電機を納入
7© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
世界で最も信頼性の高いタービン発電機を納入
インド ANPARA #4 5納入実績紹介(3)
インド ANPARA #4, 51999年~2007年までの約8年間、
注文主: Uttar Pradesh State
無定検での連続運転を達成
注文主: Utta ades StateElectricity Board, India
運転開始: Unit # 4: 1994年2月Unit # 5: 1994年10月Unit # 5: 1994年10月
タービン: タンデムコンパウンド, 2流排気, (TCDF-42”)
出力: 500 MW出力: 500 MW主蒸気: 166 barg, 538 ℃再熱蒸気: 538 ℃回転数 3 000 回転数: 3,000 rpm
バストなタ ビン設計により 事後保全に適した機器を提供
8© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
ロバストなタービン設計により、事後保全に適した機器を提供
目次
1. 1. 蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト
2. 2. 石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上
3. 3. 将来技術(将来技術(AA--USCUSC、、CO2CO2分離回収技術)分離回収技術)将来技術(将来技術( 、、 分離回収技術)分離回収技術)
9© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
火力発電設備 容量増加見通し(2007→2015)
【欧州】 環境対策で低排出電源 の
42GW
【中国】 世界の半分を占める巨大市場
自国メーカ主体の閉鎖市場
環境対策で低排出電源への
シフト加速
371GW
35GW76GW 15GW
【日本】
80GW
71GW
【北米・中南米】 北米は石炭→コンバインドサイクルへ
南米は大型火力が旺盛
【日本】 コンバインドサイクル主体
に建設進展
【中東】 石油からLNG火力への
シフト進む71GW
39GW
【アジア・オセアニア】 大型火力案件が継続
地熱への注力高い
【インド】
大型石炭火力の
建設計画が多数進展
【アフリカ】 石炭火力、LNG火力の
混在市場
計数出典 IEA 「W ld E O tl k 2009
10© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
計数出典:IEA 「World Energy Outlook 2009」
エネルギー起源のCO2排出量見通し
東芝対応ビジネス
• 高効率タービン・
400億㌧
先進国
実現方法
発電効率向上・電力利用効率化(57%)
• 高効率タービン・発電機
ベースライン(気温上昇6℃以上) 新興国
先進国
• 老朽更新 先進国(57%)
再生可能・バイオ • 水力、太陽熱、
先進国
先進国再生可能 バイオ(23%)
原子力(10%)
CCS(10%)
水力、太陽熱、地熱
CCS付火力
450ppm安定化ケース(気温上昇2~2.4℃)
新興国
先進国
CCS(10%)
(出典:World Energy Outlook 2009)
• CCS付火力
260億㌧@2030
先進国
gy@2030
CO2排出量削減に向けて火力発電の高効率化が重要
11© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
CO2排出量削減に向けて火力発電の高効率化が重要
世界各国の石炭火力発電所の効率推移
43 %
45 %最新プラント 効率レベル
37 %
39 %
41 % Japan
UK&Ireland
HV
)
33 %
35 %
37 % German
USA
Australia熱効
率(L
H
27 %
29 %
31 %
Australia
China
India発電
端熱
25 %
27 %
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
石炭火力プラントとして最高レベルのプラント熱効率達成
出典:Ecofys International Comparison of Fossil Power Efficiency and CO2 Intensity 2009
12© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
石炭火力プラントとして最高レベルのプラント熱効率達成
石炭火力性能向上とCO2排出量削減
石炭火力の発電効率C 排出量
石炭火力の設備容量は全世界で1,440GW
(発電設備容量全体の約1/3を占める)とCO2排出量
石炭火力 設備容量(国別内訳)
*2009年現在
最新プラント 効率レベル
中国35%
その他37%
40(%)
ベース
発
+76万t +169万t +176万tCO
インド
1,440GW 35
41.6%
36.7%
発電効率*
O2排出量*
米国23%
インド5%
30
日本 米国 中国 インド
31.8%32.1%
本 高 率化技術 C 削減に 献
*発電端(LHV)*100万kW級1基あたりの年間排出量
出典:・IEA 「world Energy Outlook 2009」・ECOFYS,「INTERNATIONAL COMPARISON OF FOSSIL POWER EFFICIENCY(2008)
・CO2年間排出量は当社試算
日本 米国 中国 インド
13© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
日本の高効率化技術を世界へ展開しCO2削減に貢献
蒸気条件の改善によるタービン効率向上
%)
6
7600/610℃
度(相
対%
4
5
6
566/566℃
593/593℃
566/593℃
効率
向上
度
2
3
4 566/566℃
538/566℃
538/538℃
効
0
1
2主蒸気温度/再熱蒸気温度
15 20 25 30 35主蒸気圧力 (MPa)
0
主蒸気と再熱蒸気の高圧化・高温化によりタービン効率が改善し、CO2排出量が削減可能
14© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
タ 効率 改善 、 排出量 削減可能
1969年より81 トの超臨界圧タ ビ 運転実績
超臨界圧タービン実績
1969年より81ユニットの超臨界圧タービン運転実績
World Share of Supercritical Steam Turbine
(中国除く)
World Share of Supercritical Steam Turbine(Among Major Manufactures, Past 20 Years)
TOSHIBATOSHIBA27%27%
Company ECompany E9%9%Company DCompany D
14%14%%
16%16%Company CCompany C
16%16%
Company BCompany B16%16%
Company ACompany A18%18%
世界最高クラス性能の蒸気タ ビンを数多く供給
15© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
世界最高クラス性能の蒸気タービンを数多く供給
蒸気条件の変遷(東芝)
MST / RST 電源開発殿 橘湾 #1
川越 #1,#2700MW (TC)
七尾大田 #2700MW (TC)
1,050MW (CC)
600/610C (255atg 600/610C)
TAIZOH #1&21 000MW (TC)
舞鶴 #2900MW (CC)700MW (TC)
能代 #2600MW (TC)
700MW (TC)
碧南 #4,#51,000MW (TC)
593/593C
(246atg 566/593C) (246 t 566/593C)
(246atg 593/593C)(316atg 566/566/566C)1,000MW (TC)
(256atg 600/600C)
(256atg 582/582C)IATAN 914MW (TC)
( )(24.5MPa 595/595C)
敦賀 #1500MW (TC) 原町 #1
1,000MW (CC)
566/593C
(246atg 566/566C)
(246atg 566/593C) (246atg 566/593C)
(250atg 566/593C)
橘湾700MW (TC)(24.1MPag 566/593℃)
WESTON #4 5834MW (TC)(24.7MPag 582/582℃)
538/566C
碧南 #1700MW (TC)(246atg 538/566C)
566/566C(250atg 566/593C)
CALLIDE #3,#4 420MW(TC)(25MPag 566/566℃)
TC : TANDEM COMPOUNDCC : CROSS COMPOUND
: 60Hz: 50Hz
1990 1995 2000538/566C
2005 2010
最高レベルの蒸気条件を追求
16© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
最高レベルの蒸気条件を追求
CFDを活用した蒸気タービンの損失低減技術
クロスオーバ管高圧タービン初段静翼高圧蒸気弁
ノズル
リード管IP排気部 LP入口部ボックス
IP入口部IP入口部
再熱蒸気弁 LP排気室
アブレイダブルシール
17© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
再熱蒸気弁 LP排気室
発電機の性能向上
大容量高効率水素間接冷却タービン発電機
水直接冷却機に比較して損失低減
平成21年度(第30回)優秀省エネルギー機器優秀省 ネルキ 機器
日本機械工業会会長賞
受賞
670MVA(600MW)1次発電機、370MVA(300MW)2次発電機
水素間接冷却方式で世界最大容量 高発電機効率を達成
18© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
水素間接冷却方式で世界最大容量、高発電機効率を達成
蒸気タービンの性能向上■ 蒸気タ ビン試験設備
シグマパワー有明 三川発電所2号タービン 試験設備
(2008年6月完成)
■ 蒸気タービン試験設備
(2008年6月完成)
<2号タービン>
<1号タービン>
1号ボイラ高圧(HP)タービン 低圧(LP)タービン
1号ボイラ回転数:6,000rpm段落数:16
回転数3,600rpm段落数6LSB ~50in級
高圧(HP)タ ヒ ン
実規模設備による検証で開発 市場投入 スピ ド プ
19© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
実規模設備による検証で開発・市場投入のスピードアップ
新技術の創出と開発計画新技術の創出と開発計画 技術効果の確認手段技術効果の確認手段
性能向上技術開発サイクル
動翼回転方向
①翼列損失低減(翼列形状)
適反動度設計
新技術の創出と開発計画新技術の創出と開発計画 技術効果の確認手段技術効果の確認手段解析・シミュレーション
動翼(羽根)
静翼
②圧力損失(吸排気通路部)
・ 適反動度設計・翼面摩擦損失低減・翼長手方向流量分布制御
②圧力損失(吸排気通路部)・吸排気スクロール・蒸気弁・管接合部・セクション連結管路、ダクト
実機本格適用性能向上性能向上サイクルサイクル
③漏洩損失低減(シール構造)
・シールフィン形状の工夫・クリアランスの削減
三川発電所三川発電所22号タービン号タービン実機大実証試験設備実機大実証試験設備
サイクルサイクル
④ 終段長翼開発・長翼化:
環状面積増大→排気速度低減気→損失低減・高マッハ数翼列・内外周壁面
20© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
実機条件試験で収集したデータを解析にフィードバック
適反動設計翼
蒸気タービン最新技術開発適反動設計翼
高性能化検証
ドラム型ロータ
直接潤滑型パッド軸受軸受損失低減確認
新35in 終段翼高性能・信頼性確認
ドラム型ロ タ構造振動特性確認
軸受損失低減確認
アブレイダブルシール 溶接ロータ コーティングノズルコ ティング効果確認漏洩損失低減効果と
健全性確認運転後の健全性確認 コーティング効果確認
高効率化に加えて高信頼性を実現する様々な技術を獲得
21© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
高効率化に加えて高信頼性を実現する様々な技術を獲得
火力発電用蒸気タービン受注 世界シェア
100%
世 界 米国市場%(03~09年累計 中国市場除く100MW以上)
A社A社
50%
Others
日立
三菱
B社B社その他その他
F社
D社
Alstom
Siemens
GE37% 40%
64%
46%E社E社
C社C社
D社D社61%
B社
C社
E社
0%
GE
東芝
37% 36% 32%40%
TOSHIBA8%
TOSHIBA8%
E社
0%
03 04 05 06 07 08 09
米国で7年連続No 1米国で7年連続No 1世界シェア第4位世界シェア第4位
(当社調べ)合計:362,393MW
22© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
米国で7年連続No.1米国で7年連続No.1世界シェア第4位世界シェア第4位
■ 450MW 169atg 538/538degC TC4F 26”タービンリハビリサービス最新技術
■ 450MW 169atg - 538/538degC TC4F-26”高中圧部リプレース = 効率向上0.8%
出力1,000MWの石炭火力発電プ ト火力発電プラントの効率が1%向上すると、年間で約46,000tの約 ,CO2排出量が削減可能
低圧部リプレース = 出力向上 18.6MW■ 780MW 246atg - 538/538degC TC4F-30”
最新技術適用で出力 効率向上 寿命延長を実現
23© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
最新技術適用で出力・効率向上、寿命延長を実現
ブ ガ ビ
納入実績紹介(4)ブルガリア マリッツア・イーストⅡ#1-#6総合リハビリテーション
客先 Maritsa East II TPP運転開始 #1 Sep.2007, #2 Jan.2007
#3 Nov.2008, #4 Feb.2009
#5 (M 2011) #6 (A 2010)#5 (Mar.2011), #6 (Aug.2010)(建設中) (建設中)
総合リハビリ内容#1 4 4 150 MW 蒸気タ ビン 発電機新製リプレ ス#1-4:4x150 MW 蒸気ターヒ ン・発電機新製リフ レース
タービン:LMZ製→東芝製 新機,発電機:LMZ製水冷却式→東芝製空気冷却式
(2号機の発電機のみ取替)→運転約40年の経年プラントリプレースによる高効率化
#3,4: 2x210 MW LMZ製蒸気タービンリハビリ高中低圧羽根・ノズル,LPロータ新製交換
→運転約24年の経年STリハビリによる高効率化
老朽化設備 発電出力と発電効率を向上させ 環境改善に貢献
24© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
老朽化設備の発電出力と発電効率を向上させ、環境改善に貢献
目次
1. 1. 蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト蒸気タービン・発電機実績と 新石炭火力プロジェクト
2. 2. 石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上石炭火力プラント、蒸気タービンの性能向上
3. 3. 将来技術(将来技術(AA--USCUSC、、CO2CO2分離回収技術)分離回収技術)将来技術(将来技術( 、、 分離回収技術)分離回収技術)
25© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
タービン高温化材料
750725
蒸気条件700℃級高温化材料開発中
725700675 700MW
25MP最新材料f A USC
A-USC
650625
25MPa593/593℃
新12Cr鋼
375MW16.7MPa
566/538℃
for A-USC
600575 改良12Cr鋼12Cr 鋼
USC
550525
CrMoV 鋼
Sub / Super Critical
500MW24.1MPa
566/566℃
5001960 1970 1980 1990 2000 2010 20201950 (year)
p
国家プロジェクトの高温化材料開発事業に参加
26© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
国家プロジェクトの高温化材料開発事業に参加
先進的超々臨界圧発電 (A-USC) 主蒸気
発電機
蒸気タービン
LP LPVHP
(35MPa 700C)
再熱蒸気 HP IP16 700/720/720℃ A-USCLP LPVHP再熱蒸気
(720~750C)
HP IP
1
12
14
)
700/720/720℃ A USC二段再熱式
復水器給水加熱器ボイラ
6
8
10
値)
/(%
)
一段再熱式600/700C A-USC
蒸気タービン●耐高温材料の適用●タービン構造 / 翼列性能最適化
全体システム●蒸気条件の選定●ヒートバランス最適化
蒸気弁●耐高温材料の適用
0
2
4
率の
向上
(相
対
538/566C(基準)
566/566/566C USC
段再熱式
二段再熱式
600/610C一段再熱式
0
20 30 40主蒸気圧力 (MPa)
効率 538/566C(基準)
一段再熱式
タービンロータ試作モデル(重量7ton) NEDO PJ・新開発ニッケル基合金適用
再蒸弁試作モデル(重量3.5ton)・ニッケル基合金適用
超高圧タービン断構造・溶接ロータ構造、冷却技術適用
最新鋭USC火力から約10% 効率向上とCO 排出削減を期待
27© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
最新鋭USC火力から約10%の効率向上とCO2排出削減を期待
プ ト概要
CCSパイロットプラント
プラント概要
所在地: 福岡県大牟田市株式会社 シグマパワー有明株式会社 シグマパワー有明三川発電所内
CO2回収技術: 燃焼後回収方式化学吸収(アミン系)化学吸収(アミン系)
回収CO2量: 10 トン/日排ガス流量: 2,100 Nm3/h運転開始: 2009年9月
プラントの目的
運転開始: 2009年9月
CO2分離回収技術の検証
・ 実排ガス下でのシステムの性能評価
・ システムの運用性 長期信頼性の検証・ システムの運用性、長期信頼性の検証
実証プ ジ クトに向け開発を加速
28© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
実証プロジェクトに向け開発を加速
CCS対応型火力発電プラントC b C t
Boiler
Turbine
FGD
Stack
Carbon Capture
ボイラ蒸気タービン
CO 2分離回収装置煙突
ボイラ蒸気タービン
CO 2分離回収装置煙突
EP
圧縮機
脱硫装置
電気集塵器
脱硝装置発電機吸収
塔 再生
塔圧縮機
脱硫装置
電気集塵器
脱硝装置発電機吸収
塔 再生
塔
CO 2
復水器
抽気蒸気
CO 2以外の排気
CO 2
復水器
抽気蒸気
CO 2以外の排気
業界ト プクラスのCO 吸収液を開発 実発電プラント 展開
29© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
業界トップクラスのCO2吸収液を開発、実発電プラントへ展開
高効率環境調和型火力の実現
1,200
1,400h)
1,000
(kg
/M
Wh
A-USC
亜臨界石炭火力
超臨界(USC)石炭火力
600
800
排出
量( A USC
石炭火力
石炭火力
400CO
2
USC+CCS(50% CO2回収) A-USC+CCS
(50% CO2回収)
0
200A-USC+CCS(90% CO2回収)
USC+CCS(90% CO2回収)
30 35 40 45 50 55 60
プラント送電端効率 (LHV)
CCS技術の確立と高効率化の両輪で環境調和型火力を実現
30© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
CCS技術の確立と高効率化の両輪で環境調和型火力を実現
太陽熱発電システムへの適用技術
軸流排気(100-150MW以下)
複流排気(100-150MW以上)
MEB は地熱・原子力タービンに採用済み
ドレンキャッチャー水滴除去溝4流排気
湿分分離翼 (MEB)
4流排気(400MW級以上)
31© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.
再生可能エネルギー向け製品もラインアップ
32© TOSHIBA CORPORATION 2010, All rights reserved.