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蒸気タービン式発電機の課題を克服し、これまでは成し得なかった高効率かつ低負荷まで連続した発電が可能な次世代型のスクリュ式小型蒸気発電機 STEAM STARを神戸製鋼グループとTLVが共同開発しました。
大規模プラントだけでなく、蒸気タービン式では採算性が悪く採用が難しかった中小規模プラントにおいても、省エネルギーとCO2排出量の低減に貢献いたします。
特長
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容積式スクリュの採用により高効率な発電が可能
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MSEG100L （100kW）とMSEG132L（132kW）の2タイプをラインアップ
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インバーターによる回転数制御により、既設の減圧弁に代わり二次圧力を高精度に設定・保持
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蒸気の減圧エネルギーを電気として有効活用することにより、大幅なCO2削減が可能
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STEAM STAR導入コストは、高効率の発電により効果的に回収可能
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業界初のオールインワン構造を実現。省スペース、工事費用の削減が可能
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蒸気通気開始時の暖機が不要で素早い起動
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系統連系や電気事業法など発電に関する手続きから、工事・メンテナンスに至るまで万全にサポート
用途
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プロセス蒸気用減圧弁に代わり減圧・発電
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余剰蒸気を使った発電
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夏場尖頭負荷時間帯のみの電力不足をカバー
メリット・概算金額シミュレーション
TLVではSTEAM STAR導入のシミュレーションを実施しています。
電力として回収できる金額的メリット、CO2削減量や必要な投資金額等を計算して予測いたします。リンク先の仕様チェックシートに必要項目をご記入の上、送信してください。折り返し、E-メール等ご希望の方法でシミュレーション結果をご連絡いたします。
僅か2.7t/hの蒸気で100kWを発電 (MSEG100L)
軸流タービンでは困難だった100ｋW小型機を、STEAM STARは容積式スクリュで実現しました。また、軸流タービンと比べて、同じ蒸気条件で1.5倍の高効率を実現しただけでなく、蒸気量が50％以下になれば出来なくなっていた発電を、低負荷まで可能にしました。
タービン発電機との発電効率の比較
従来の軸流タービンは大型機種では有効ですが、小型となるにつれて無効エネルギーが多くなり、100ｋW程度では50％以下まで効率が低下します。これに対してSTEAM STARMSEGは約60％以上で100ｋWレベルにおいて軸流タービンの10,000ｋW相当の効率が得られます
MSEG100L / MSEG132Lで広範囲をカバー
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MSEG132L 発電出力早見表 （発電機回転数 7.200rpm）
| 単位 | 発電出力(kw) | 蒸気流量(ton/h) | |||||||||
| 給気 圧力 MPaG |
排気圧力（MPaG） | ||||||||||
| 0.50 | 0.45 | 0.40 | 0.35 | 0.30 | 0.25 | 0.20 | 0.15 | 0.10 | 0.05 | 0.00 | |
| 0.95 | 76 | 92 | 111 | 128 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 |
| (5.0) | (5.0) | (5.1) | (5.1) | (4.8) | (4.5) | (4.2) | (3.9) | (3.7) | (3.4) | (3.2) | |
| 0.90 | 62 | 79 | 96 | 114 | 131 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 |
| (4.8) | (4.8) | (4.8) | (4.8) | (4.9) | (4.5) | (4.2) | (3.9) | (3.7) | (3.4) | (3.2) | |
| 0.85 | 48 | 65 | 82 | 100 | 118 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 |
| (4.5) | (4.5) | (4.6) | (4.6) | (4.6) | (4.6) | (4.2) | (3.9) | (3.7) | (3.4) | (3.2) | |
| 0.80 | 34 | 51 | 69 | 86 | 105 | 121 | 132 | 132 | 132 | 132 | 132 |
| (4.3) | (4.3) | (4.3) | (4.3) | (4.4) | (4.4) | (4.3) | (4.0) | (3.7) | (3.4) | (3.2) | |
| 0.75 | 20 | 38 | 55 | 73 | 89 | 107 | 124 | 132 | 132 | 132 | 132 |
| (4.0) | (4.0) | (4.1) | (4.1) | (4.1) | (4.1) | (4.2) | (4.0) | (3.7) | (3.4) | (3.2) | |
| 0.70 | 7 | 24 | 41 | 59 | 76 | 92 | 110 | 127 | 132 | 132 | 132 |
| (3.8) | (3.8) | (3.8) | (3.8) | (3.9) | (3.9) | (3.9) | (3.9) | (3.7) | (3.4) | (3.2) | |
| 0.65 | 11 | 28 | 45 | 62 | 79 | 95 | 113 | 129 | 132 | 132 | |
| (3.5) | (3.6) | (3.6) | (3.6) | (3.6) | (3.7) | (3.7) | (3.7) | (3.5) | (3.2) | ||
| 0.60 | 15 | 32 | 49 | 66 | 82 | 98 | 115 | 132 | 132 | ||
| (3.3) | (3.3) | (3.4) | (3.4) | (3.4) | (3.4) | (3.5) | (3.5) | (3.2) | |||
| 0.55 | 19 | 35 | 52 | 69 | 85 | 102 | 118 | 132 | |||
| (3.1) | (3.1) | (3.1) | (3.2) | (3.2) | (3.2) | (3.2) | (3.2) | ||||
| 0.50 | 22 | 39 | 55 | 71 | 87 | 105 | 120 | ||||
| (2.9) | (2.9) | (2.9) | (2.9) | (3.0) | (3.0) | (3.0) | |||||
| 0.45 | 26 | 42 | 58 | 74 | 89 | 107 | |||||
| (2.6) | (2.7) | (2.7) | (2.7) | (2.7) | (2.7) | ||||||
| 0.40 | 29 | 45 | 60 | 76 | 90 | ||||||
| (2.4) | (2.4) | (2.4) | (2.5) | (2.5) | |||||||
| 0.35 | 32 | 47 | 62 | 77 | |||||||
| (2.2) | (2.2) | (2.2) | (2.2) | ||||||||
| 0.30 | 34 | 49 | 63 | ||||||||
| (1.9) | (2.0) | (2.0) | |||||||||
| 0.25 | 36 | 50 | |||||||||
| (1.7) | (1.7) | ||||||||||
| 0.20 | 37 | ||||||||||
| (1.5) | |||||||||||
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標準仕様
| 項目 | 型式 | ||
| MSEG100L | MSEG132L | ||
| 一次側条件 （給気） |
圧力 （ゲージ圧力） MPa |
0.2〜0.95 | |
| 最高温度 ℃ | 220 | ||
| 二次側圧力（排気） （ゲージ圧力） MPa |
0〜0.5 | ||
| 最大圧力差 MPa | 0.6 | ||
| 蒸気量 ton/h | 1〜3.3 | 1.7〜5.1 | |
| 出力 kW | 20〜100 | 7〜132 | |
| 電圧・周波数 | 40/440V ・ 50/60Hz※注1 | ||
| 制御方式 | インバーターによる一次側圧力 または二次側圧力制御 |
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| 発電方式 | IPM同期発電 | ||
| 寸法（幅×奥行×高さ） mm | 2,604×1,355×2,005 | ||
| 騒音値 | 製品正面85dBA※注2 | 製品正面77dBA※注2 | |
| 概略質量 kg | 2,800 | 2,880 | |
注1:200/220Vは別オプション対応いたします
注2：機側1m
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大容量にはマルチ対応
STEAM STAR単体の発電量は100kWまたは132kWですが、マルチ対応により、200kW,300kW・・・と容易に大容量化が可能です。
発電と減圧に必要な機能がパッケージ内にオールインワン
従来の軸流タービンの場合、発電機盤、制御盤などを別々に設置するため、大きなスペースとそれを接続するための配線が必要でした。STEAM STARはこれらをオールインワンにしたため、省スペース、工事費用の削減が図れます。
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概略機器構成 MSEG132L
減圧しながら発電できる理由
STEAM STARは蒸気の持つエネルギーの一部を電力に変換して取り出しています。蒸気は圧力を持った気体であるため、圧力から生じる力、つまり運動エネルギーを利用して発電機を回します。
電力に変換された蒸気エネルギーは蒸気の凝縮という形をとり、実際には供給した蒸気の質量に対して約4％が発電に伴い凝縮します。
4％凝縮させることにより最大132kWの電力を得ることができます。
仮に蒸気単価を5000円/トン、電力単価を10円/kWhとすると、発電機への供給蒸気量1トン当たり、400円分の電力が発生し、200円分の蒸気が凝縮することになります。つまり、エネルギーの変換分だけで考えると差引200円が収入というこ とになります。
減圧のエネルギー
減圧弁による蒸気減圧は、エンタルピーの減少が無い等エンタルピー変化で過熱蒸気になり、減圧時に運動エネルギーとして一切変換されません。これは一見効率的なようですが、過熱蒸気となった部分のエンタルピーを使用するのは容易ではなく、多くは実用上無駄になります。
理想の発電機は、エンタルピーは減少してもエントロピー変化が無い等エントロピー変化で、蒸気そのものの乾き度は90％にまで低下し、その湿り分である10％分の蒸気のエンタルピーが、蒸気よりも高価な電気に代わります。
これは減圧時に運動エネルギーを最大限に取り出したケースであり、このとき蒸気自身のエンタルピーが電気に変換されます。
高性能な発電機はこの理想的なh−s変化である等エントロピー変化に近づきます。発電効率は等エントロピー変化と実際の発電の際のエントロピー変化の比 で示されます。
発電効率の高さを支える機構的特徴
構造的・機構的には、スクリュ式小型蒸気発電機はエアを圧縮する技術を逆利用しています。
圧縮機では電動機でスクリュを回転させ、エアを圧縮します。これに対し、スクリュ式小型蒸気発電機では、高圧蒸気がスクリュの給気側から入り、膨張しながら排気側へ移動する時に回転力が生まれます。この回転力で発電機を駆動します。
蒸気タービンはノズルによって音速近くまで蒸気流速を高め、その運動エネルギーで羽車を回転させますが、スクリュ式小型蒸気発電機は蒸気タービンと異なり、ノズルから蒸気を高速で噴射させる必要がありません。そのため圧力損失などのロスが格段に小さくなり、高い発電効率が得られます。
その心臓部であるスクリュ式膨張機は、共同開発者である株式会社神戸製鋼所殿が、50年以上ノウハウを蓄積され、高効率・高耐久性能で広く世に知られたオイルフリー・スクリュ式エア圧縮機技術そのものです。
精密に加工され、微少なクリアランスを保ちながら回転するスクリュ式膨張機は、本体回転子の潤滑が不要でありながら高い気密性を誇ります。オイルフリーであることはプロセス用蒸気を扱う上でも非常に好都合です。
スクリュ技術が100kW級の発電を可能に
省エネルギー Vol.59 /No.14 2007年12月掲載(PDF)
