ORC発電向けタービンの完全密閉型オイルレス構造を冷熱発電向けに応用
2023-02-28 三菱重工業株式会社,三菱重工マリンマシナリ株式会社
◆ LNG冷熱発電で使用される従来のタービン構造と比べ、高い信頼性、省スペース性、メンテナンスフリーを実現
◆ 冷熱エネルギー源となるLNGの代替として液体窒素を使用、極低温環境下における安定性などを実証
◆ LNG冷熱発電システムのさらなる安定化と信頼性向上、将来的な水素冷熱発電への応用などにつなげる
三菱重工業株式会社（以下、三菱重工）ならびに三菱重工グループの三菱重工マリンマシナリ株式会社（MHI-MME、社長：堀 俊明、本社：長崎市）は、ORC（Organic Rankine Cycle：有機ランキンサイクル）発電で用いられる完全密閉型オイルレス構造のタービン発電機を冷熱発電（注1）向けに応用した、世界初の「次世代型オイルレス冷熱ORCタービン発電機」による100kW級冷熱ORC発電実証試験に成功しました。液体窒素を冷熱発電における冷熱エネルギー源として使用することで、通常のLNG冷熱発電よりさらに低温となる厳しい条件下においても、凍結による閉塞などを生じることなく、冷媒サイクルの安定性や所定の回生出力が得られることを証明したものです。
同発電機は、三菱重工グループが有するタービン技術や極低温技術を活用して独自開発したもので、冷媒を系統の外に漏洩させることのない気密封止構造（ハーメチック構造）やオイルレス磁気軸受を採用しています。ORC発電の運用実績を基に冷熱発電向けに改良し、従来のLNG冷熱発電で使用されるタービン構造（軸貫通部のある蒸気タービン型で、軸受が強制給油スリーブ軸受である点）と比べ、高い信頼性、省スペース性、メンテナンスフリーを実現しています。
2023年1月に三菱重工総合研究所（長崎地区）で実施した今回の実証試験における冷熱発電は、冷熱エネルギーを利用した中間媒体ランキンサイクル方式によるもので、通常用いられるLNG（沸点：およそマイナス160℃）に代えて液体窒素（沸点：およそマイナス196℃）を使用したほか、船舶用FGSS（Fuel Gas Supply System：燃料ガス供給システム）や洋上・陸上のLNG気化設備といった実際のLNG気化設備をシミュレーションしました。試験を通じ、LNGや液体窒素などの極低温媒体の相変化（注2）や冷媒サイクル特性の把握、制御性の確認といった有益な成果が得られたことから、LNG冷熱発電システムのさらなる安定化と信頼性向上が見込めるほか、将来的な脱炭素燃料として有望視されている水素（沸点：およそマイナス253℃）の冷熱発電への応用などが期待できます。
三菱重工グループでは、エナジートランジションの事業強化に戦略的に取り組んでいます。三菱重工とMHI-MMEは、今回の次世代型タービン発電機の開発を通じ、未利用の冷熱・排熱の有効活用による新たな発電事業の創出に貢献するとともに、脱炭素分野のリーディングカンパニーとして温室効果ガス排出削減および環境保護に寄与するソリューションの開発をさらに進めていきます。
(注1) 常温よりも低い温度による温度差のエネルギーを回転力として取り出して発電機を回す仕組みです。マイナス160℃以下に冷やしたLNGを海水などで温めた中間熱媒体によって昇温・気化させることで生じる膨張力により、タービンなどを回して発電するものです。CO2を削減できるクリーンな発電方法として、LNG需要増に伴い改めて注目されています。
(注2) 液体から気体への変化といった、物質の三態（三相）間の変化を指します。
100kW級冷熱ORC発電実証試験設備
次世代型オイルレス冷熱ORCタービン発電機
LNG気化設備における冷熱ORC発電システム
担当窓口：成長推進室
三菱重工マリンマシナリ株式会社
