未利用熱を高効率にエネルギー変換、小型ORC発電システムの省エネ化に成功：省エネ機器

馬渕工業所、東京大学生産技術研究所、宮城県産業技術総合センターが、NEDOのプロジェクトにおいて、廃熱を利用する高性能な5kW級の有機ランキンサイクル（ORC）発電システムを開発したと発表。5kW級の出力を得るのに必要な熱量の大幅な省エネ化を実現し、発電機を稼働させるスクロール式膨張機の省エネ化では国内最高レベルの成果だという。

[スマートジャパン]

　NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）は2023年3月6日、「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」でにおいて、馬渕工業所、東京大学生産技術研究所、宮城県産業技術総合センターが廃熱を利用する高性能な5kW級の有機ランキンサイクル（ORC）発電システムを開発したと発表した。5kW級の出力を得るのに必要な熱量の大幅な省エネ化を実現し、発電機を稼働させるスクロール式膨張機の省エネ化では国内最高レベルの成果だという。

　地熱・温泉熱・産業系廃熱などの未利用廃熱を活用した有機ランキンサイクル（ORC）発電システムが注目されている。これは発電所などが使っている蒸気サイクル（ランキンサイクルシステム）の作動媒体を、一般的な水からより低沸点の媒体（フロンガスなど）に変更し、中低温の熱源であっても蒸気を発生させることで、タービンを回すシステム。温泉・地熱などを使ったバイナリー発電や、小型木質バイオマス発電での熱電供給システムとして活用されている。

　しかし、これまでの5kW程度の小型ORC発電システムは発電した電気の品質条件が厳しく、コスト面に課題があった。そこで馬渕工業所、東京大学生産技術研究所、宮城県産業技術総合センターらの共同チームは、小型かつ高性能なORC発電システムの開発に取り組んだ。

　今回開発したシステムは、ボイラーを熱源とし、80℃の廃温水を想定した運転では、発電機の回転数が1分間当たり3600回転で、出力換算では4.5kWの発電出力を確認できた。従来のORC発電システムでは4〜5kWの発電出力を達成するのに必要な熱量が100〜125kWであったのに対し、今回のシステムでは60〜75kWで済むため、40〜50kWの省エネ化に成功したことになる。さらに実地運転では、想定よりも低い廃熱温度帯での発電の実証実験にも成功した。

開発したORC発電システムの実証の様子。写真左がORC発電システム、写真右が採熱場所　出典：NEDO

　今後は得られた成果を踏まえ、馬渕工業所ではさらなる発電出力の増加や今回開発したORC発電システムの高度化を図る他、リチウムイオンバッテリーとの連動も進める開発を行う。2025年ごろの実用化を目指し、日本各地で工場廃熱や排ガスなどを利用したORC発電システムの実証実験を進める方針だ。