三菱日立パワーシステムズ（MHPS）は、太陽熱発電システムの集光・集熱試験設備を同社の横浜工場（横浜市中区）に完成させ、実証試験を開始した（図1）。環境省から「平成28年度CO2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業」の委託を受けて、2016年度末まで取り組むもの。従来よりも高温の蒸気による高効率化や高温蓄熱システムの最適制御などについて検証し、低コストで安定した電源供給を実現する太陽熱発電システムの技術開発を推進していく。

図1 完成した実証システム 出典：三菱日立パワーシステムズ

MHPSが実証試験を行うのは、集光型太陽熱発電（CSP）といわれる方式。集光装置により太陽熱を集めて高温蒸気を生成し、蒸気タービン発電機を用いて発電するものだ。同方式は太陽光発電に比べ日射量変動時における発電出力の変動が小さく、集めた熱を蓄熱設備で貯蔵して曇天時や夜間でも安定して電力を供給することができる。その半面、太陽光発電に比べシステムが複雑で発電設備のコストが高いといった課題を抱えている。

課題を解決するため同社は今回、集光・集熱方式として、分割した鏡を平面に配置して傾きを変化させながら集光する低温型フレネル蒸発器と、ヘリオスタットで集光するタワー過熱器を組み合わせた独自のハイブリッド型システムを採用した。集熱量全体の約7割を低コストの低温型フレネル蒸発器で集め、残りをタワー過熱器で集める仕組みで、これにより、従来のCSPシステムに比べ低コストで高温の蒸気を作ることができる。完成した試験設備は、約1万平方メートルの敷地に低温型フレネル蒸発器とタワー過熱器、太陽の動きを追尾しながら鏡で光を反射させて一定方向に送るヘリオスタット150基などが配置され、発電機を設置すれば、出力300キロワット相当の発電が可能だ。

試験設備では、低温型フレネル蒸発器で水を温めて、まず300度近くの蒸気を作る。それを小型タワー上部に設置した過熱器に送り、さらにヘリオスタット集光で550度まで過熱することにより、ハイブリッド型集光システムの技術検証を行う。2016年10月には高温蓄熱システムの試験も開始し、夜間における発電の実効性についても探る。

今回の委託事業は、CO2排出につながる化石燃料を使わずに、豊富な太陽光を熱として利用することで、安定した電力を供給できるシステムの可能性について検証することが課題となっている。MHPSは、実証試験を通じて、ハイブリッド型集光システムに高温蓄熱技術を組み合わせることで、低コストで運用性に優れたCSP技術の確立を目指す。