進化する火力発電：LNG複合発電の仕組みと利点

進化する火力発電：LNG複合発電の仕組みと利点

エネルギー源としての液化天然ガス

液化天然ガス（LNG）は、天然ガスを冷却し、液体にしたものです。液化すると体積が気体の状態と比べて約600分の1になるため、船舶などによる長距離輸送や貯蔵に適しています。近年、環境負荷が低いエネルギー源として注目を集めており、発電の燃料としても重要な役割を担っています。

LNGは燃焼した際に、石油や石炭などの化石燃料と比べて二酸化炭素の排出量が少なく、大気汚染の原因となる硫黄酸化物や窒素酸化物をほとんど排出しないという特徴があります。そのため、地球温暖化対策としても有効なエネルギー源とされています。

また、LNGは世界各地で産出され、日本にも複数の国から輸入されています。そのため、特定の国へのエネルギー依存度を低減できるという利点もあります。

これらの利点から、LNGは火力発電の燃料としてだけでなく、都市ガスや工業用の燃料としても幅広く利用されています。今後も、環境負荷の低いエネルギー源として、LNGの需要は世界的に拡大していくと予想されています。

複合発電：効率を追求した発電システム

異なる種類の熱サイクルを組み合わせることで、単独のサイクルよりも高い熱効率を実現する発電方式を複合発電と呼びます。複合発電は、従来の発電方式に比べてエネルギーの利用効率が高く、燃料消費量と二酸化炭素排出量の削減に貢献するため、環境への負荷低減が求められる現代において注目されています。

複合発電の代表的な例として、液化天然ガス（LNG）を用いたLNG複合発電があります。LNG複合発電では、まず天然ガスを燃焼させてガスタービンを回し、発電を行います。次に、ガスタービンから排出される高温の排ガスを利用してボイラーで蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動することでさらに発電を行います。このように、LNG複合発電では、ガスタービンと蒸気タービンという二つの異なる熱サイクルを組み合わせることで、エネルギーを最大限に活用し、高い熱効率を実現しています。

従来の火力発電では、燃料の持つエネルギーの約40%しか電力に変換できませんでしたが、LNG複合発電では約60%まで高めることが可能です。この高い熱効率により、LNG複合発電は、燃料消費量と二酸化炭素排出量を大幅に削減できる環境に優しい発電方式として期待されています。

ガスタービン：高温高圧のガスで発電

電力供給において重要な役割を担うＬＮＧ複合発電。その最初の段階で活躍するのがガスタービンです。ガスタービンは、空気を取り込み、圧縮機を用いて圧力を高めることから始まります。次に、圧縮された空気とＬＮＧ（液化天然ガス）を混ぜ合わせて燃焼させます。この燃焼により、１０００度を超える高温と大気圧の１０倍以上にもなる高圧のガスが発生します。この高温高圧のガスが、ガスタービンの心臓部であるタービンを通過する際に、タービンに備え付けられた羽根を回転させます。タービンの回転は、発電機に伝達され、電気を起こす力へと変換されます。このように、ガスタービンはＬＮＧの持つ化学エネルギーを、高温高圧のガスによる運動エネルギーに変換し、最終的に電気エネルギーを生成する、ＬＮＧ複合発電の要と言えるでしょう。

排熱の有効活用：蒸気タービンによるさらなる発電

発電の方法の一つに、天然ガスを燃焼させてガスタービンを回し、電気を作るガスタービン発電があります。しかしこの方法では、どうしても高温の排ガスが出てしまいます。もしこの熱をそのまま捨ててしまったら、エネルギーの無駄になってしまいます。そこで登場するのが、排熱回収ボイラと蒸気タービンを組み合わせた、複合発電と呼ばれるシステムです。

ガスタービンから排出された高温の排ガスは、そのまま外に捨てられるのではなく、排熱回収ボイラに送られます。ボイラの中では、排ガスの熱を利用して水が温められ、やがて蒸気へと変化します。この高温・高圧の蒸気が、今度は蒸気タービンを力強く回転させます。タービンは発電機と連結しており、回転することで電気を生み出すことができるのです。

このように、複合発電はガスタービンと蒸気タービンの二段階で発電を行うため、単独のガスタービン発電と比べてより多くの電力を作り出すことができます。また、排熱を有効活用することでエネルギーの損失を減らし、高い熱効率を実現できるという利点もあります。この技術は、天然ガスと液化天然ガス（LNG）を燃料とする発電所で広く採用されており、エネルギーの効率的な利用に大きく貢献しています。

LNG複合発電の利点：高効率と環境負荷低減

液化天然ガス（LNG）を用いた複合発電は、従来の火力発電と比べて多くの利点を持つ発電方式として注目されています。その中でも特に注目すべきは、高いエネルギー効率と環境負荷の低減です。

LNG複合発電は、ガス火力発電と蒸気タービン発電を組み合わせたシステムです。まず、天然ガスを燃焼させてガスタービンを回し、発電を行います。次に、その際に発生する高温の排ガスを利用して蒸気を生成し、蒸気タービンを回してさらに発電を行います。このように、従来の火力発電では捨てられていた排熱を有効活用することで、エネルギーの損失を大幅に抑え、発電効率を50%以上にまで高めることができます。これは、従来の火力発電と比較して約1.5倍の数値であり、燃料消費量の大幅な削減に繋がります。

燃料消費量が減ることは、そのまま二酸化炭素の排出量削減に直結します。LNGは、石炭などの化石燃料と比べて、燃焼時の二酸化炭素排出量がもともと少ない燃料です。LNG複合発電では、このクリーンなLNGを使用し、さらに高いエネルギー効率で発電を行うため、二酸化炭素排出量を大幅に削減することができます。また、大気汚染の原因となる窒素酸化物の排出量も少ないという利点もあります。

このように、LNG複合発電は、環境負荷を低減しながら、エネルギー効率の高い発電を実現できる発電方式として、地球温暖化対策や大気汚染の改善に大きく貢献することが期待されています。

将来展望：エネルギーミックスにおけるLNG複合発電の役割

私たちの社会は、ますます多くのエネルギーを必要としています。一方で、地球温暖化への対策や、エネルギー源を複数持つことでエネルギーの安定供給を確保することも重要な課題となっています。このような状況の中で、液化天然ガス（LNG）を使用した複合発電は、将来のエネルギー供給において、より一層重要な役割を担うと期待されています。

複合発電とは、燃料の燃焼でタービンを回し発電する火力発電と、その際に発生する排熱を利用して蒸気タービンも回し発電する、二つの発電方法を組み合わせた高効率な発電方式です。LNGは、従来の燃料である石炭と比べて、燃焼時に排出される二酸化炭素の量が少なく、環境への負荷が低いという利点があります。

これからのエネルギー構成を考える上で、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入拡大は欠かせません。しかし、これらのエネルギー源は、天候に左右されるため、常に安定した電力を供給することが難しいという課題があります。そこで、LNG複合発電は、再生可能エネルギーと組み合わせることで、電力供給の安定化に大きく貢献することができます。具体的には、電力需要の少ない時間帯にはLNG複合発電の出力を抑え、逆に電力需要のピーク時には出力を増加させることで、再生可能エネルギーによる電力供給の変動を吸収し、安定した電力供給を維持することが可能となります。

このように、LNG複合発電は、環境への負荷が小さく、エネルギー安全保障にも貢献できる、将来のエネルギーミックスにおいて重要な役割を担う発電技術と言えるでしょう。