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バイオマスを利用した発電技術

  • Biomass Power Generation Technologies
(2006年『バイオマス発電の最新技術』普及版)

商品コード: B0979

  • 監修: 吉川邦夫・森塚秀人
  • 発行日: 2011年10月
  • 価格: 4,104 円
  • 体裁: A5判,249ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0437-3

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刊行にあたって

 欧州にはバイオマスのガス化プロセスだけでも50ほどあるといわれています。それだけニーズが高いということなのでしょうが,日本の企業はというと,欧州詣でをして,有望と思われるプロセスを何とかお金で手に入れようとしています。その結果,ただでさえ経済性が低いバイオマスのエネルギー利用にライセンス料の支払いが加わって,ますます経済性が低下し,自前の技術を開発するだけの余裕がなくなるという悪循環に陥る恐れがあります。どうして,日本のメーカーは独自プロセスの開発にもっと注力しないのでしょうか。
 本書を企画した背景にはこんな私の思いがあります。バイオマス発電技術については,バイオマスを燃焼させて,その燃焼熱で高温・高圧の水蒸気を生成して,蒸気タービンで発電する,いわゆる燃焼発電以外は,まだまだ技術的な成熟度が低く,発展途上にあります。また多様なバイオマス資源から発電を行うためには,その前処理が重要ですが,特に,高含水のバイオマス資源については,まだ確立された前処理技術はありません。そこで,本書では,前処理から発電設備まで,バイオマス発電に関わる最新の技術を紹介しました。適切な技術の調査や選定,また新たな技術の開発にあたって,本書が参考になれば幸いです。
(「刊行にあたって」より抜粋)

2006年6月
東京工業大学大学院 総合理工学研究科 環境理工学創造専攻 教授
吉川邦夫


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『バイオマス発電の最新技術』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2011年10月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

吉川邦夫   東京工業大学 大学院総合理工学研究科 教授
河本晴雄   (現)京都大学 大学院エネルギー科学研究科 准教授
村岡元司   (現)(株)NTTデータ経営研究所 社会環境戦略コンサルティング本部 本部長・パートナー
善家彰則   (株)ファーストエスコ グリーンエナジー事業部 事業部長
        (現)三菱電機プラントエンジニアリング(株) 電力産業システム技術部 次長
永冨 学   (現)三菱重工業(株) ボイラ統括部 ボイラ技術課 主任
横式龍夫   (現)三菱重工業(株) 原動機事業本部 ボイラ統括技術部 次長
山本洋民   三菱重工業(株) 横浜製作所 環境ソリューション技術部 サーマルリサイクルグループ 主席技師
堤 哲也   (現)ハリマ化成(株) 加古川製造所 環境品質管理室 室長
森塚秀人   (現)(財)電力中央研究所 エネルギー技術研究所 上席研究員
堤 敦司   (現)東京大学 エネルギー工学連携研究センター センター長
渡辺健吾   (現)(株)サタケ 技術本部 産業システムグループ グループリーダー
柏村 崇   (現)(株)サタケ 技術本部 産業システムグループ 主査
笹内謙一   (現)中外炉工業(株) バイオマスグループ グループ長
浅野 哲   (株)荏原製作所 環境事業カンパニー 環境プラント事業本部 環境エネルギー技術室 開発グループ 主任
杉田成久   (株)日立エンジニアリング・アンド・サービス ES推進本部 電源エンジニアリング部 主任技師
佐々木幸一  (株)日立製作所 電機システム事業部 電機システム部 主任技師
後藤 悟   (現)新潟原動機(株) 技術センター 技術開発グループ グループ長
麦倉良啓   (現)(財)電力中央研究所 エネルギー技術研究所 上席研究員
田島 彰   (現)バイオ燃料(株)(東京電力(株)出向) 代表取締役社長
波岡知昭   東京工業大学 大学院総合理工学研究科 助手
日野俊之   鹿島建設(株) 技術研究所 建築環境グループ 上席研究員
美藤 裕   (株)神戸製鋼所 技術開発本部 石炭・エネルギープロジェクト室 次長
松村幸彦   広島大学 大学院工学研究科 機械システム工学専攻 助教授
        (現)広島大学 大学院工学研究院 教授
多田羅昌浩   鹿島建設(株) 技術研究所 地球環境・バイオグループ 主任研究員
後藤雅史   (現)鹿島建設(株) 技術研究所 主席研究員
浜野信彦   (株)荏原製作所 風水力機械カンパニー 民需営業統括部 営業企画室 MGT営業グループ 副参事
渡邊昌次郎  荏原環境エンジニアリング(株) 環境エンジニアリング事業統括部 主任
吉岡 浩   富士電機アドバンストテクノロジー(株) 環境技術研究所 グループマネージャー

執筆者の所属表記は,注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

【総論編】
第1章 バイオマス発電システムの設計(河本晴雄)
1 はじめに
2 バイオマス発電システム
3 バイオマスの燃料特性
3.1 含水率
3.2 化学組成
3.3 発熱量と燃焼挙動
3.4 窒素,硫黄含有量
3.5 かさ比重
3.6 灰分
4 バイオマス発電システムの特徴と課題
4.1 直接燃焼-水蒸気タービン発電
4.2 混焼
4.3 ガス化発電
4.4 バイオガス(メタン発酵)発電
4.5 ランドフィルガス発電
5 おわりに

第2章 バイオマス発電の現状と市場展望(村岡元司)
1 バイオマス発電のビジネス環境
1.1 3つのバリア
1.2 バイオマス発電のビジネス環境
2 民間市場の現状と見通し
3 公共市場の現状と見通し
4 市民市場の現状と見通し
5 民間企業のとるべきポジション

【ドライバイオマス編】
第3章 バイオマス直接燃焼発電技術
1 木質チップ利用によるバイオマス発電(善家彰則)
1.1 はじめに
1.2 発電設備概要
1.2.1 設備構成
1.2.2 燃料選定理由
1.2.3 燃焼設備の選定
1.2.4 ボイラー概要
1.2.5 タービン発電機
1.3 運転実績
1.4 バイオマス直接燃焼発電の経済性について
1.5 燃料収集システム
1.6 おわりに

2 流動床ボイラ・バイオマス発電(永冨 学,横式龍夫)
2.1 直接燃焼の燃焼方式と特徴
2.2 バイオマス燃料の種類と特徴
2.3 気泡型流動床ボイラの特徴と設備概要
2.3.1 環境対策
2.3.2 燃料供給
2.3.3 高効率化
2.3.4 灰処理装置
2.3.5 その他
2.4 実缶運転状況
2.5 まとめ

3 間接加熱キルン式炭化・ガス化発電システム(木材チップ燃料)(山本洋民)
3.1 はじめに
3.2 木質系バイオマスガス化発電システムの概要と特長
3.2.1 システム概要
3.2.2 システムの特長
3.3 木質系バイオマス炭化・ガス化発電施設の初号機概要
3.4 運転状況
3.4.1 ガス化性能
3.4.2 運転安定性
3.4.3 排ガス性状
3.5 炭化物の用途
3.5.1 炭化物の粉砕性
3.5.2 炭化物の自然発火性
3.5.3 炭化物の燃焼性
3.6 まとめ

4 粗トール油を利用したバイオマス発電(堤 哲也)
4.1 はじめに
4.2 バイオマス燃料について
4.3 バイオマス発電の特徴
4.3.1 マツを原料とする燃料油による安定発電設備
4.3.2 トール油副産品の物性
4.3.3 新型ボイラーの開発
4.3.4 RPS法による設備認定を前提とした発電事業
4.4 おわりに

第4章 バイオマスガス化発電技術
1 ガス化発電技術の海外動向(森塚秀人)
1.1 固定床ガス化技術
1.1.1 上部開口型ガス化炉(インド科学院)
1.1.2 ウィナノイシュタット(Weaner Neustadt)
1.1.3 パイロフォース炉(Pyroforce)
1.1.4 フェルント炉(Volund)
1.1.5 デンマーク工科大学(デンマーク・コペンハーゲン)
1.2 流動床ガス化技術
1.2.1 ギュッシング(Guessing)
1.2.2 ルルギ炉(Lurgi)
1.2.3 カルボナ社(CARBONA)
1.2.4 ベルナモ(Varnamo)
1.2.5 アーブレエナジー社(ARBRE)
1.3 噴流床ガス化技術
1.3.1 コーレン社(CHOREN)
1.3.2 フューチャーエナジー社(Future Energy)
1.4 バイオマスガス化ガス用原動機
1.4.1 デマッグデラバルインダストリアルターボ機械社(Demag Delaval Industrial Turbomachinery Inc./DDI)
1.4.2 フィレンツェ大学
1.5 各種バイオマスガス化発電の比較

2 バイオマスの低カロリーガス化と分散型発電(吉川邦夫)
2.1 はじめに
2.2 ガス化技術
2.2.1 ガス化・改質の原理
2.2.2 ガス化発電システム
2.3 発電技術
2.3.1 混焼ディーゼルエンジン
2.3.2 スターリングエンジン
2.4 小型分散型バイオマスガス化発電システムの実施例
2.5 おわりに

3 バイオマスガス化におけるタールの発生挙動とその対策(堤 敦司)
3.1 バイオマスのガス化における問題点
3.2 タールの性状と分析方法
3.3 タールの成分
3.4 タール発生機構
3.5 ガス化条件によるタール生成の違い
3.6 タール除去の方法
3.7 タールの接触改質
3.7.1 ドロマイト触媒
3.7.2 アルカリ金属
3.7.3 Ni改質触媒
3.7.4 メソ多孔質アルミナ
3.7.5 その他の金属触媒

4 バイオマスによるオープントップダウンドラフト方式バイオマスガス化発電(渡辺健吾,柏村 崇)
4.1 はじめに
4.2 バイオマスガス化発電システムの概要
4.2.1 バイオマスガス化発電の特徴
4.2.2 オープントップダウンドラフト方式の特徴
4.3 実証試験結果
4.3.1 設備概要・構成
4.3.2 試験結果
4.4 稼動施設の例
4.5 おわりに

5 森林バイオマスのガス化発電(笹内謙一)
5.1 はじめに
5.2 バイオマスのガス化発電とは
5.3 熱分解ガス化の方法
5.4 山口市にある森林バイオマスガス化発電実証試験プラント
5.5 実証試験における課題とその対策
5.5.1 原料水分の問題
5.5.2 ガス中のダストの問題
5.5.3 立ち上げ時のタール発生の問題
5.5.4 自動運転
5.6 連続発電運転試験
5.7 今後の予定
5.8 おわりに

6 内部循環型流動床ガス化炉を利用した下水汚泥のガス化発電システム(浅野 哲)
6.1 はじめに
6.2 内部循環型流動床ガス化炉
6.3 下水汚泥ガス化発電システム
6.3.1 背景
6.3.2 設備概要
6.4 下水汚泥ガス化発電実証試験
6.4.1 試験概要
6.4.2 下水汚泥について
6.4.3 生成ガスについて
6.4.4 ガスエンジン発電について
6.4.5 温室効果ガス削減効果について
6.5 まとめ

7 非天然ガス燃料対応ガスエンジン(杉田成久,佐々木幸一)
7.1 はじめに
7.2 GEイエンバッハ社の概要
7.3 GEイエンバッハ社ガスエンジンの特徴
7.3.1 天然ガス:メタンを主成分
7.3.2 バイオガス:メタンと二酸化炭素等の不活性ガスの混合
7.3.3 特殊ガス:一酸化炭素や水素を含む
7.4 ガスエンジン性能に影響するガス燃料の特性
7.4.1 燃料発熱量
7.4.2 メタン価
7.4.3 層流火炎速度
7.5 ガスエンジン燃料ガスの条件
7.6 ガスエンジン系統
7.7 非天然ガス ガスエンジン例
7.7.1 ごみ埋立地発生ガス利用例
7.7.2 バイオガス利用例
7.7.3 木材ガス化ガス利用例
7.8 おわりに

8 ガスエンジン(後藤 悟)
8.1 はじめに
8.2 各種ガスエンジン性能の推移と燃焼技術
8.2.1 直接火花点火方式
8.2.2 予燃焼室火花点火方式
8.2.3 デュアルフューエル
8.2.4 マイクロ・パイロット
8.2.5 高圧ガスインジェクション
8.3 22AG型マイクロパイロット・ガスエンジンの紹介
8.3.1 マイクロパイロット着火方式の燃焼概念
8.3.2 22AG型ガスエンジン
8.4 マイクロパイロット・ガスエンジンへのバイオガスの適用
8.4.1 バイオガスおよび熱分解ガスの燃焼試験
8.4.2 廃棄物熱分解ガス発電
8.4.3 バイオガス発電用ガスエンジン
8.5 まとめ

9 燃料電池(麦倉良啓)
9.1 はじめに
9.2 電池性能への低H2・高CO濃度燃料の影響
9.3 電圧安定性へのH2S不純物の影響
9.4 バイオマスガス化高温形燃料電池発電システムの検討

【ウェットバイオマス編】
第5章 バイオマス前処理・ガス化技術
1 石炭火力混焼利用のための下水汚泥炭化燃料化技術(田島 彰)
1.1 はじめに
1.2 炭化燃料の生成方法
1.2.1 炭化技術
1.2.2 炭化燃料
1.3 炭化燃料の発電用燃料としての適用評価方法
1.3.1 STEP1―炭化燃料性状評価
1.3.2 STEP2―ハンドリング性,安全性,燃焼性,環境性の評価
1.3.3 STEP3―石炭火力実機試験による評価
1.4 炭化燃料貯蔵設備計画
1.4.1 自己発熱特性
1.4.2 粉塵爆発特性
1.4.3 設備計画
1.5 各種評価
1.5.1 燃料価格
1.5.2 温室効果ガス
1.6 適用法令について
1.7 汚泥炭化事業

2 水蒸気加熱処理による下水汚泥の燃料化前処理技術(波岡知昭,吉川邦夫)
2.1 背景
2.2 水蒸気加熱処理プロセスの概要
2.3 本プロセスの特徴とメカニズムの検討
2.3.1 粉砕と均一な混合
2.3.2 乾燥速度増加効果
2.3.3 臭気低減特性
2.4 エネルギー投入量の考察
2.5 想定される実用化の形態
2.6 今後の課題

3 高含水バイオマスの省エネルギー乾燥技術(日野俊之)
3.1 背景と目的
3.2 省エネルギー蒸発脱水技術
3.3 WETバイオマスのVCC乾燥プロセス
3.4 将来展望

4 油中脱水技術による高含水バイオマスの脱水(美藤 裕)
4.1 はじめに
4.2 油中脱水技術の概要
4.3 高含水バイオマスの油中脱水実施例と特徴
4.3.1 高い脱水率の実現
4.3.2 高い伝熱効率の実現による装置のコンパクト化
4.3.3 高いエネルギー回収効率の実現
4.3.4 スケールアップが容易
4.3.5 課題
4.4 まとめ

5 超臨界水によるガス化プロセス(松村幸彦)
5.1 概要
5.2 原理
5.3 反応
5.4 装置
5.5 開発状況
5.6 展望

第6章 バイオマス消化ガス発電技術
1 生ごみ等廃棄物系バイオマスのバイオガス化発電(多田羅昌浩,後藤雅史)
1.1 はじめに
1.2 生ごみのバイオガス化技術
1.3 バイオガス利用発電技術
1.4 実施例
1.5 バイオガス化発電施設のLCOO2評価
1.6 バイオガス化発電の問題点
1.7 おわりに

2 マイクロガスタービンによる消化ガスコージェネレーションシステム(浜野信彦,渡邊昌次郎)
2.1 はじめに
2.2 消化ガスの現状
2.2.1 下水処理場の電力消費量
2.2.2 消化ガスの利用状況
2.2.3 消化ガス発電の現状
2.3 マイクロガスタービンの概要
2.3.1 マイクロガスタービンの定義
2.3.2 マイクロガスタービンの特長
2.3.3 マイクロガスタービンの機器構成,原理
2.4 消化ガスコージェネレーションシステム
2.4.1 排熱回収用途と消化槽加温方式
2.4.2 システムフロー
2.4.3 消化ガスの成分
2.4.4 消化ガスの前処理装置
2.5 マイクロガスタービン消化ガスコージェネレーションシステムの実例
2.5.1 システム構成・仕様
2.5.2 性能
2.5.3 維持管理
2.5.4 導入効果
2.6 おわりに

3 バイオマス発電への燃料電池の適(吉岡 浩)
3.1 はじめに
3.2 リン酸型燃料電池発電システム
3.3 生ごみバイオガス化燃料電池発電設備
3.4 下水消化ガス燃料電池発電設備
3.5 おわりに
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