石炭火力発電の可能性〈2〉温排水問題を解決するバイナリー発電を活用する　平宮康広（元技術者）

◆石炭火力発電の概要と改良

熱で水を蒸気にし、蒸気でタービンを回し、タービンの回転で発電機を回す発電システムを汽力発電と呼んでいます。原発は汽力発電のひとつで、石炭火力発電も汽力発電のひとつです。石炭火力発電は、亜臨界圧石炭火力発電と、超臨界圧石炭火力発電や超々臨界圧石炭火力発電に二分できます。日本の石炭火力発電の大多数が、超々臨界圧石炭火力発電です。

水は、水温が100℃以上なると蒸気になりますが、高圧下では、沸点が上がります。とはいえ、圧力を上げれば上げるほど、水の沸点が上がる、というわけではありません。具体的な説明は割愛しますが、物理学者が臨界温度と呼ぶ上限があります。水の臨界温度は374℃で、水が臨界温度になる圧力は22.1MPa（22.1Mパスカル）＝約218気圧です。

亜臨界圧石炭火力発電で使用するボイラーは400℃、超臨界圧石炭火力発電や超々臨界圧石炭火力発電で使用するボイラーは600℃の高温に耐えます。亜臨界圧石炭火力発電の場合、水蒸気の温度は臨界温度以下で、超臨界圧石炭火力発電や超々臨界圧石炭火力発電の場合、水蒸気の温度は臨界温度以上です。

日本の超々臨界圧石炭火力発電は、24MPa以上の圧力下で水を沸騰させていますが、諸外国では、ボイラーが割安で、水蒸気の空冷が容易な亜臨界圧石炭火力発電が多く、20MPa以下の圧力下で水を沸騰させています。歴史的に、軽水炉型原発は空冷式汽力発電で、亜臨界圧石炭火力発電と同じですね。

軽水炉型原発の原子炉の耐性は1000～1200℃ですが、BWRは20MPa以下の圧力下で水を沸騰させています（もっとも、原子力カルト教団の信徒たちは、わけのわからない研究や実験をして、PWRの1次冷却水の水温を超々臨界圧石炭火力発電の水蒸気並にしようとしているみたいですけど！）。

超々臨界圧石炭火力発電の熱効率は42～44％です。経産省や電力資本にも石炭火力発電を擁護する人たちがいるらしく、彼らは石炭火力発電にガスコンバインドや燃料電池を組み合わせて熱効率を50～55％にしようとしています。

しかし、それくらいのことで、石炭火力発電の割合を減らすかゼロにし、LNG火力発電の割合を増やすという「政治」の流れに歯止めをかけることはできないでしょう。しかし、発電量を減らしてよければ、石炭火力発電の二酸化炭素排出量をLNG火力発電並みにすることはおそらく可能で、やってみる価値があるかもしれません（ちなみに、原発の熱効率は35％前後です）。

超々臨界圧石炭火力発電は、かなり高価な石炭＝瀝青炭等を微粉化してボイラーで燃やします。ボイラーの耐性が高いので、微粉化した石炭＝微粉炭を多量に燃やし、熱を大きくして水の沸点を上げることができます。超々臨界圧石炭火力発電は、蒸気の温度を臨界温度以上にしてタービンを回します。タービンを回した高温の水蒸気は、冷却水＝海水で復水します。

つまり、原発同様、石炭火力発電も海に温排水を放出します。温排水とは別に「排水」も放出します。石炭には、重金属類やフッ素等が混ざっています。石炭を燃やした後、それらを別の水で取り除きます。その後、その別の水＝排水を海に放出します。僕なりに調べてみたのですが、石炭火力発電の「排水」をろ過する日本の技術はかなり高度です。

また石炭火力発電は、煙突から多量の煙を放出して大気を汚染しますが、煙からSOxやNOx、その他を取り除く日本の技術も高いです。アメリカやヨーロッパよりかなり高い。日本の石炭火力発電の環境問題は、二酸化炭素排出量と温排水に限定してよいと考えます。

石炭火力発電の温排水でバイナリー発電を行うことができます。バイナリー発電で使用する熱媒体は、代替フロンやペンタン、アンモニア等になると考えますが、温度差はおそらく50～60℃程度です。僕の試算では、バイナリー発電は石炭火力発電の発電量を約1割増やし、温排水問題を解決します。

（バイナリー発電については、『季節』2024年夏・秋号と『季節』2024年冬号、『季節』2024年春号で説明します。関心のある方はご一読ください。ちなみに、1割増は少ないかもしれないですが、バイナリー発電の機材は既存の石炭火力発電に外付けできて、温排水問題も解決します。熱効率50～55％の石炭火力発電を新たに建設するより安くて環境にいいですよ！）

石炭火力発電にバイナリー発電を組み合わせた発電システムの運用経験を十分積み重ねた後、石炭の消費量を減らして石炭火力発電側の発電量を減らし、バイナリー発電側の発電量を増やす方向でシステムを組み直せば、二酸化炭素排出量をLNG火力発電並みにできると考えます。安価な石炭を使い、燃焼速度を遅くして石炭の消費量を削減することもできそうです。燃焼速度が遅ければ遅いほど、二酸化炭素排出量が低減し、またSOx等の排出量も低減します。

（石炭火力発電の発電量とバイナリー発電の発電量をどう調整するかが、課題になりそうですね。とりあえず、発電の総量を2～3割減らして二酸化炭素排出量をLNG火力発電並みにする、でよいのでは、と思いますけど）

ところで、評論家の広瀬隆さんは、たんぽぽ舎での講演で、「プロに任せておきなさい。素人は黙っていなさい」といったようですが、石炭火力発電のプロはバイナリー発電を知りません。彼らは、バイナリー発電をバカにするかもしれません。僕は、素人が大いに発言しなければならない、と考えます（素人の発言に勘違いはあるでしょうけど、玄人の発言にも勘違いがありますよ。素人も玄人も、後で訂正すればよいではないですか。「過ちを改めるに、はばかることなかれ」です）。（つづく）

◎平宮康広　石炭火力発電の可能性（全3回連載）
〈1〉「脱炭素」よりも「安全性」を重視する、当たり前のエネルギー政策を取り戻すために　
〈2〉温排水問題を解決するバイナリー発電を活用する
〈3〉

▼平宮康広（ひらみや・やすひろ）
1955年馬生まれ。元技術者。オールドウェーブの一員として原発反対運動に参加している。富山県在住。

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