成果報告書詳細
管理番号20110000000281
タイトル平成20年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー)/工場排熱等の低温度熱利用発電システムの技術開発
公開日2011/5/17
報告書年度2008 - 2008
委託先名サーモ技研株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名研究開発推進部
和文要約 工場等からの排熱温度は概ね300℃以下であり、その中で電力変換により利用可能と推定される150℃以上の排熱は、年間で182兆kcal、原油換算で2千万キロリットルもの大量の熱が利用されずに捨てられている。
 更に、バイオマス燃料、燃料電池、自動車エンジン等からの排熱量は、省エネルギー技術が導入されても今後も増加するが、現状のままではこれらの熱は有効利用されずに捨てられてしまう。
 従って、これらの低温度の熱を利用する技術の開発が必要である。これら未利用の熱を利用する方法は電力に変換する方法が移送や利用の容易さ等から最も適している。しかし、「まえがき」で述べたように、現在こられの熱をコストを考慮したビジネスとして経済的に成り立たせる技術は無い。
 一方、低温度の熱源でも稼動する熱機関としてはスターリングエンジンが知られているが、現在のところ主としてコストが高いという理由のために大量には使われていない。
 しかし、比較的近年に発明されたフリーピストン型スターリングエンジンは構造が簡単で、部品点数も少ない事から低価格での製作が可能であり、工場等の排熱を利用した比較的低温度の熱源でも経済的に発電可能であり、この技術が実用化されると、産業・経済への影響も大きいと推定される。
 そこで、前述の熱を有効に経済的に発電させる技術とその製品の市場について、NEDO技術開発機構の平成19年度「研究開発技術シーズ育成調査」にて調査した。その調査にて、理論的な確認と小規模な実験が行われ、技術的には実現の可能性が高いことが確認された。また、その市場についても調査の結果、有望であることが判明した。
 本技術開発ではその結果を受けて、ビジネス化に向けた技術的、経済的課題について検証を行った。 低温度での実用化のためには、熱伝達において可能な限り温度差を生じないようにする工夫、即ち熱伝達の効率を高める必要がある。そこで、本検証では、熱伝達に工夫を凝らした、革新的なフリーピストン型スターリングエンジンを考案し、その詳細設計を行うと共に、理論的な検証と量産化のための課題を検証した。
 更に、本発電システムで想定している、「加熱部温度を200℃とし、冷却部を45℃」とする条件での発電を確認するために、小規模な実験を行い、発電出来る確認が得られた。
 経済性の確認については、エンジンの詳細設計に基づいた製造原価の見積りと、エンジンに付随する部分を含む本発電システム全体の販売価格を見積もり、本発電システムのユーザーでの1kWhの発電量当たりの費用を算出した。その結果、ユーザーでの購入電力よりも大幅に安価となることが確認された。
 これらの結果から、本発電システムはビジネス化が有望であることが確認された。また、低温度熱利用発電システムの技術は、自動車、バイオマス燃料利用システム、燃料電池等からの排熱による発電にも活用され得る技術であり、さらに実用化に向けた開発が望まれる。
英文要約The temperature of exhausting heat from factories is usually less than 300 degree C.
The amount of the heat is estimated as much as 182 trillion kcal or equivalent calorie of 10 million k liter of crude oil per year in Japan and the heat is being mostly thrown away.
Beside the above the exhausting heat from biomass energy equipment, fuel cell and vehicle will be increased even if new energy saving technology may be applied. These heats will be thrown away if the new technology to utilize low temperature heat is not developed and leave it as now.
It is the best way to change the unused heat to electricity utilizing its low temperature heat. But currently there is no economical method to change such heat to electric power. In the meantime stirling engine is known as a combustion engine which can be operated with low temperature. However it is not used in large number because of high cost mainly.
But Free Piston Stirling Engine(FPSE) which was invented in relatively recent year can be made in low cost because of simple construction and fewer parts and it is expected to generate electric power economically with relatively low temperature and the realization of the innovative new technology may affect industries and economies very much.
Then a study was done in order to confirm if the FPSE for low temperature ratio will be able to change the above unutilized heat to electric power economically and the engine can be accepted by the industry and the market. The study was a project of NEDO in 2007 fiscal year titled “ A study to cultivate research and development seeds”. .
In this study the technology was confirmed theoretically and by small sized experiment. . Beside that a market research for the technology was carried out to get good marketability too.
Following the above study this research was carried out to investigate technical issues and economical ones.
In order to investigate technical issues an innovative FPSC for practical use in low temperature difference condition was designed in detail. Then the design was investigated theoretical issues and manufacturing issues for mass production. And a small sized experiment was done to confirm if the technology is able to generate electricity at the condition of “200 degree C at accepter and 45 degree C at rejecter”.
In order to investigate economical issues the manufacturing cost based on the design and sales price of the generating system including all equipment for the system was estimated to estimate the cost of the generated electric power per 1kWh at the user. And it was found the electric power cost will be very low than buying one from electric power company.
From the above this low temperature ratio electric generating system was confirmed to have a big possibility for a business. Because the technology to exploit low temperature heat can be used for vehicles, exhausting heat from systems using biomass and fuel battery and so on too, the development of this technology should be continued.
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