成果報告書詳細
管理番号20140000000274
タイトル平成25年度成果報告書 太陽熱利用技術動向及び開発目標に関する調査
公開日2014/7/1
報告書年度2013 - 2013
委託先名みずほ情報総研株式会社
プロジェクト番号P09018
部署名新エネルギー部
和文要約 本調査では、中高温の太陽熱利用の市場動向、ポテンシャル及び太陽熱利用におけるシステム及び集光、集熱、蓄熱等の各要素技術の開発動向を調査・把握し、我が国企業が太陽熱市場において必要となる技術の技術開発ロードマップを策定した。その結果、今後化石燃料価格の上昇が続くときに太陽熱利用技術が競争力を持つ可能性が高い分野として、ソーラーフューエル、海水淡水化、工業用熱供給、太陽熱発電の4つの分野が考えられた。

 ソーラーフューエルへの適用では、太陽熱を利用して国内で水素を製造するシナリオと、海外適地で太陽熱によって水素製造し、国内へ輸送するシナリオを検討した。国内シナリオでは既存の水素製造技術に比べて2020年時点で2倍近いコストと試算されたが、海外シナリオでは輸送技術の進展を条件として、既存の水素製造技術のコストに近づく可能性があると試算された。技術開発の方向性としては、太陽熱で水素生成反応を促進するソーラー反応器の効率向上と低コスト化が望ましいと考えられた。

 海水淡水化への適用では、海水塩分濃度が高く蒸発法によるプラントが主流の海外適地へのシナリオを検討した。太陽熱を利用した蒸発法の造水コストは、現在の化石燃料を使用した蒸発法に比べて2.5倍と試算された。ただし、化石燃料の価値を高価な輸出資源として評価すると、将来求められる造水コストは高い水準でも許容される可能性があると考えられた。技術開発の方向性としては、集光技術の効率向上等により小規模の既設プラントにおける実証試験を目指すことが望ましいと考えられた。

 工業用熱供給への適用では、国内の食品工業へ蒸気供給するシナリオを検討した。太陽熱を利用して蒸気供給するコストは、既存の都市ガスボイラーによる蒸気供給コストに比べて現時点で約2倍のコストと試算された。技術開発の方向性としては、設備費と土地代を削減するための集光技術の効率向上や、蒸気の安定供給のための蓄熱技術の開発が望ましいと考えられた。

 太陽熱発電への適用では、国内における導入と海外適地への導入の2つのシナリオを検討した。国内への導入は、直達日射量が乏しいことが原因で発電コストが高く(約95円/kWh)、発電事業として成立することは難しいと考えられた。海外適地としては、十分な直達日射量と政策インセンティブの両方がある国として米国が考えられたが、安価な太陽光発電やシェールガスの影響により市場は限定的であると考えられた。その一方で、高価なディーゼル発電が用いられているオフグリッド地域において、太陽熱発電が導入される可能性があると考えられた。技術開発の方向性としては、海外オフグリッド地域における小規模(10MW規模)の事業が成立する要件を見極めた上で実証試験を支援し、高効率で低コストな要素技術の試験を行うための試験センターを国内に建設することが望ましいと考えられた。
英文要約In this research, we created a development roadmap for the solar thermal technologies that Japanese companies should focus on in the market. We investigated and identified the market trends and potential of solar thermal application at moderate to high temperatures and the R&D trends of systems and basic technologies such as solar collectors, receivers, and storage. We regard the following four markets as having potential: solar fuel (hydrogen production), seawater desalination, industrial heat supply, and concentrating solar power (CSP). In these markets, solar thermal application technology will become competitive because of the prospective increase in fossil fuel prices.

Regarding the solar fuel market, we studied the feasibility of domestic and overseas scenarios. In the domestic scenario, hydrogen is produced in Japan using solar heat. In the overseas scenario, it is produced at a suitable site overseas and shipped to Japan. The estimated hydrogen production cost in 2020 in the domestic scenario is nearly twice as high as the existing technology. In the overseas scenario, however, the estimated cost approaches existing hydrogen production costs if hydrogen transportation technology is further advanced. The direction of technology development should be toward improving the efficiency and reducing the cost of solar reactors, which accelerate the hydrogen production process using solar heat.

Regarding the seawater desalination market, we studied the feasibility of an overseas scenario where seawater is desalinated using solar heat in another country where desalination plants mainly use evaporation processes and the selected plant is near an ocean body with a high salt concentration. The estimated fresh water production cost is 2.5 times higher than the evaporation process using fossil fuels. However, if fossil fuels are considered as valuable export resources, the estimated cost would be allowable in the future even if it were still expensive. The direction of technology development should be toward demonstration projects at small-scale existing plants using more efficient solar collectors.

Regarding the industrial heat supply market, we studied the feasibility of a domestic scenario where steam generated using solar heat is supplied to the Japanese food industry. At present, the estimated cost of supplying steam using solar heat is nearly twice as high as the existing technology using city gas boilers. The direction of technology development should be toward advanced heat storage for a stable supply of steam as well as efficient solar collectors for saving equipment and land costs.

Regarding the CSP market, we studied the feasibility of domestic and overseas scenarios. We concluded that its introduction in Japan as a power generation business is less feasible because of the high power generation cost (about \95/kWh) due to the low direct normal irradiation (DNI) in Japan. In the overseas scenario, we first selected the United States as a suitable CSP business candidate site because of the high DNI and political incentives. However, we concluded that CSP market growth in the United States will be limited because of the impact of shale gas and low-cost PV power generation. On the other hand, we found that there is the potential to introduce CSP in off-grid regions where electricity is generated using expensive diesel power technology. The direction of technology development should be toward supporting small-scale (about 10 MW) demonstration projects in off-grid regions overseas after ascertaining the required conditions for commercialization, and establishing test facilities in Japan to evaluate affordable, efficient basic technologies.
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