高効率炭火力高効率石炭火力発電の現状と将来に向...

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.

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


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)


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


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


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


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

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→ｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞｻｲｸﾙへ

南米は大型火力が旺盛

【日本】ｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞｻｲｸﾙ主体

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


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


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


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「ｗｏｒｌｄＥｎｅｒｇｙＯｕｔｌｏｏｋ２００９」・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


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


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


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


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


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)優秀省ｴﾈﾙｷﾞ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


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)ﾀｰﾋﾞﾝ低圧(LP)ﾀｰﾋﾞﾝ

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


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


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


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Ｎｏ１米国で７年連続Ｎｏ１世界シェア第４位世界シェア第４位

（当社調べ）合計：362,393MW


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


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)

総合ﾘﾊﾋﾞﾘ内容#1 4 4 150 MW 蒸気ﾀﾋﾞﾝ発電機新製ﾘﾌﾟﾚｽ#1-4：4x150 MW 蒸気ﾀｰﾋﾝ・発電機新製ﾘﾌﾚｰｽ

ﾀｰﾋﾞﾝ：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年の経年ﾌﾟﾗﾝﾄﾘﾌﾟﾚｰｽによる高効率化

#3,4： 2x210 MW LMZ製蒸気ﾀｰﾋﾞﾝﾘﾊﾋﾞﾘ高中低圧羽根・ﾉｽﾞﾙ，LPﾛｰﾀ新製交換

→運転約24年の経年STﾘﾊﾋﾞﾘによる高効率化

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


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

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


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


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：２,１００Ｎｍ３／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


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


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（ＡＵＳＣ

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


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)


再生可能エネルギー向け製品もラインアップ

高効率 炭火力高効率石炭火力発電の現状と将来 に向...

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高効率炭火力高効率石炭火力発電の現状と将来に向...