技術士二次試験対策『コージェネレーションシステム』
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『コージェネレーションシステム』情報まとめ
【概 要】
「コージェネレーションシステム」とは、熱源より電力と熱を生産し供給するシステムの総称である。コージェネには内燃機関（エンジン、タービン）や燃料電池での発電に伴い発生する熱を活用する方法や蒸気ボイラーと蒸気タービンによる発電に活用する蒸気の一部を抽気し熱として活用する方法がある。
近年では、原動機の高効率化が進み、40% (LHV) 以上の発電効率、また、熱のカスケード利用により35% (LHV) 以上の廃熱回収効率を得ることが出来るため、省エネ技術として普及している。
コージェネレーションシステムは、一定条件を満たせば、商用系統の停電時に防災兼用として利用することができ、非常時にも電力や熱を安定供給も可能である。
【コージェネの特徴】
1.ピークカット運転
コージェネレーションにより、電力需要のピーク時に稼働させることによって、商用系統の電力負荷平準化も可能なシステムである。したがって、電力供給が逼迫する場合においても、電力のピークカットが可能である。さらに、電気冷房から吸収冷凍機等の廃熱利用機器を中心に構成される空調システムに変更することで電力ピークカット量を大きくすることができる。
2.エネルギーセキュリティの向上BCP対策
コージェネレーションと商用電力が連系することにより電源の二重化、安定化を図ることができる。特に、停電対応仕様機を採用する場合は、商用系統の停電時における重要負荷への電力供給が確保可能である。そのため、信頼性の高い事業継続計画（ＢＣＰ）に対する対策となる。さらに、一定の要件を満たしたコージェネは、消防法上の非常電源としても利用可能である（防災兼用機）。
3.再生可能エネルギーの調整電源としての役割
コージェネレーションは、今後普及拡大が見込まれる再生可能エネルギー由来の電源（太陽光発電、風力発電等）の出力変動に対する電力供給を調整する役割が期待される。再生可能エネルギーは、気象変動により、出力が大きく変動するため、コージェネによる熱電併用により、出力できない場合の補完として活用可能である。
4.燃料電池を活用したコージェネレーション
昨今、燃料電池の普及が進んでいるが燃料電池の発電時に発生する熱を利用するコージェネレーションシステムの開発が進んでいる。
《固体高分子形燃料電池（PEFC）》
燃料電池は、燃料が持つ化学エネルギーを熱エネルギーや運動エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーに変換するため、熱機関と比較して電効率が高い特徴がある。また、騒音や振動についても小さい事も利点である。燃料電池の一つであるPEFCは水素イオンを透過する高分子の電解質を持ち、作動温度が約９０℃と低温であることが特徴であり、家庭用コージェネや燃料電池自動車（FCV）向けに実用化されている。
《固体酸化物形燃料電池（SOFC）》
SOFCは酸素イオンを透過するセラミックスの電解質を持ち、作動温度が７００~１０００℃と高温であることが特徴として挙げられる。また、PEFCとは異なってCOを含む燃料ガスも使用が可能であり、大型発電所への適用も期待されている。
【コージェネの予備知識】
1.負荷の熱電比とコージェネの熱電比
負荷の熱電比は，建物用途によってさまざまであり，一般にホテルや病院では熱負荷の割合が高く，業務ビルでは電力負荷の割合が高い。季節や時間帯によってもこの割合は変化する。一方，供給設備であるコージェネにおいても，発電設備の種類によって熱電比は異なり，例えばガスタービンによるコージェネと比べて燃料電池によるコージェネは，発電効率が高く熱電比は小さい。
3. 熱主電従運転と電主熱従運転
コジェネの熱電比と負荷の熱電比を常に一致させることは難しいため，一般には電気と熱のどちらかの負荷に合わせた運転となる。熱負荷に合わせてコージェネを運転し，電力量の過不足は系統電力等で補う方式を熱主電従運転という。一方，電力負荷に追従して運転し，熱量の過不足をボイラ等の他の設備で補う方式を電主熱従運転という。
負荷特性に合わせた最適な機器構成，補助設備の選択や適切な運転方式の選択が重要である。
【今後の展望】
《スマートコミュニティ×コージェネ》
スマートコミュニティでは、熱と電気を地産地消するコージェネを核として、熱と電気のネットワーク化、再生可能エネルギーの最大活用、そしてICTによるエネルギーマネジメントなどにより、地域単位で最適なエネルギーシステムを構築する。そうすることで、エネルギー利用を最適化する技術をベースに、インフラの高度化を行い豊かな社会の実現を目指す必要がある。
【コメント】
技術士二次試験でのエネルギー関連では、絶対に外せないコージェネレーションシステム！コージェネという単語を知っているだけでは、論文には使えませんので、今回の記事の内容を習得頂くことで、エネルギー関連の対策として十分解答出来るのではないかと思います。
https://special.nikkeibp.co.jp/atclh/NBO/15/cogene/question02/
https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieiej/30/9/30_757/_pdf
https://www.ace.or.jp/web/chp/chp_0010.html