バイナリー発電に向かない水の性質は？：ウイークエンドQuiz（2/2 ページ）

» 2013年05月24日 17時00分公開

[畑陽一郎，スマートジャパン]

正解：

　a. 沸点が高い

ミニ解説

　150℃以上の高温の水（水蒸気）を利用できるなら、蒸気タービンが優れている。しかし、蒸気タービンの利用できない温度の廃熱は多く、温度が低いほど、廃熱の絶対量も増えていく。これを有効に使う発電方式が、バイナリー発電だ。最低70℃以上の熱が得られるのであれば発電が可能だ^＊1）。

　バイナリー発電は以下のような仕組みで熱をやりとりする。まず、熱源から得た熱水で作動媒体（図1中黄色の部分、二次媒体とも呼ぶ）を加熱・気化させる。気化した作動媒体で蒸気タービンなどを動かし発電する。その後、冷却水で作動媒体を液化し、再び熱源に持って行くという形だ。作動媒体とは熱を運ぶための物質で、今回質問に上げたのもこの作動媒体の性質に関するものだ。

図1　バイナリー発電の仕組み（地熱と組み合わせた場合）。出典：第一実業

　作動媒体は沸点が低く、低温で蒸発する物質でなければならない。これはバイナリー発電がもともと低い温度の熱を利用するために開発されたからだ。このため、水はこれまでほとんど使われていない^＊2）。従って答えはa。バイナリー発電の作動媒体の重さは発電効率にあまり関係せず、この温度では水の腐食性はほとんど問題にならない。bとcも誤りだ。バイナリー発電ではほとんどの場合、作動媒体を完全に密閉して運転する。水などの物質をもれなく循環させる技術は確立しているため、dも誤りだ。

　最後に、国内で扱われている主なバイナリー発電機^＊3）のメーカーが採用した作動媒体を紹介する。いずれも水の沸点100℃を大きく下回る物質である。上の2種類はいずれもフッ素を分子内に含む炭化水素だ。なお、作動媒体は熱の運搬能力が高いことも求められる。

HFC245fa^＊4）、沸点15.3℃
米Access Energy、米Electratherm、アネスト岩田、神戸製鋼所、富士電機
ハイドロフルオロエーテル（HFE）、沸点34℃
川崎重工業
ペンタン、沸点36.1℃
米Ormat technology（JFEエンジニアリングが業務提携）
アンモニア-水混合媒体
地熱技術開発
フッ素系媒体
IHI

＊1）バイナリー発電であっても熱源の温度が高いほど発電量は増える。
＊2）低圧状態で循環させることができれば、水を作動媒体に使うことも可能だ。ただし、低圧状態を保つことや、運搬できる熱の量が減ることから開発のハードルは高い。
＊3）この他、アルバック理工も小型のバイナリー発電機を実用化しているが、作動媒体の種類を明らかにしていない。
＊4）ターボ冷凍機などにも使われる。塩素（Cl）を含まない（CF₃CH₂CF₂H）ため、ハイドロフルオロエーテルと並んでオゾン層破壊係数が0である。