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三菱重工の高効率ガスエンジン(2,000kW級) 発電効率44.7%に

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三菱重工の高効率ガスエンジン(2,000kW級) 発電効率44.7%に

三菱重工業は、NEDOのプロジェクトにおいて、高速ガスエンジンとして世界最高クラスの発電効率を達成する発電出力2,000kW級の16気筒高速ガスエンジンを開発した。2段過給やミラーサイクルなどの技術を採用することにより、発電・コージェネレーション向け高速ガスエンジン発電設備としては最高クラスとなる44.7%(低位発熱量基準)以上の高い発電効率を実現した。

今年9月からプロトタイプ機による出力、効率等の各種性能試験を実施し、分散型電源用途をはじめ、常用自家発電・コージェネレーション用途、各種災害に備えた非常・緊急対応電源などとして、実用化を目指す。

また、同社は、今回開発した16気筒モデルを皮切りに、750~3,000kWの出力範囲で6~24気筒モデルを開発し、順次ラインアップを充実させ、シリーズ化していく予定。これにより、国内外の分散型電源や常用自家発電・コージェネ、各種災害に備えた非常・緊急対応電源などに向けたさまざまなニーズに対して、適応範囲を広げていきたい考えだ。

今回の成果のポイントは以下の通り。

高ミラーサイクル化の適用を可能とする2段過給技術の開発に成功

高発電効率化を可能とする高ミラーサイクルの適用においては、必要な空気を効率良く燃焼室に送り込む過給システムが必要となる。今回、乗用車用コンプレッサーの知見を応用した高効率ターボチャージャーを低圧段と高圧段に配置することによって、高圧力比・高効率を達成する2段過給技術(低圧段と高圧段にターボを直列に配列し、その中間に給気冷却器を配置することにより、高効率・高圧力比を実現する仕組み)の開発に成功した。

なお、ミラーサイクルは、シリンダーの圧縮比と膨張比が等しい通常サイクルに対して、バルブのカム形状を工夫することで、膨張比のほうが圧縮比より大きくなるようバルブが閉じるタイミングをずらし、熱効率の改善を狙いとした仕組み。

機械効率向上のための高出力化に対する要素技術の開発に成功

開発した2,000kW級ガスエンジンは、2012年に自社開発した1,500kW級ガスエンジン「GS16R2」と同一排気量のままエンジン出力を上昇させることによりエンジンの機械損失割合を減らし、機械効率を向上している。出力上昇に伴い、燃焼圧力および熱負荷増大に耐えられるように、熱構造解析、冷却系解析等により高強度シリンダーヘッド、スチール製ピストン等の重要部品の要素技術開発を実施した。今後、これらの部品について耐久試験を行い、評価を行う。

高発電効率化に成功

上記2点の結果、現行の最高出力を出す「GS16R2」(発電端効率40.3%)と比べ、同一排気量及び同一エンジン回転数で、発電機出力を500kW上昇させ、発電端効率は4.4ポイントの向上を達成した。

わが国では、東日本大震災以降、電力セキュリティ確保及び分散型電源の重要性が高まっており、国や自治体の施策においてもコージェネレーションシステムの導入に対して積極的に後押しをしている。また、海外では、北米でのシェールガス開発や中国をはじめとするアジア地域における消費拡大による分散型電源設備導入の推進により、ガスエンジン発電市場は大幅に拡大するものと予想されている。

【参考】
NEDO - 出力2,000kW級の高効率ガスエンジン開発

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