本書のタイトル「太陽熱発電の最新動向」の「最新動向」は、①「太陽エネルギー市場でのPVとCSPとはどうなるのか?」、②「サンベルトのCSPビジネスはこれからどうなるのか?」、③「CSPの市場と技術はどう関係していくのか?」という問への「最新動向」である。①の問は、太陽エネルギーを電気に変える産業技術としてはCSPの他にもPVがあり、しかもそのPV市場がCSPよりも急激に拡大しているという点から特に重要である。そこで、まず第2章で「太陽熱発電(CSP)と太陽電池(PV)」について解説した後で、第3章「太陽熱発電(CSP)の世界動向」において、上記①～③の課題を解説した。特に重要と思われるところは、「CSP発電コストのグリッドパリティ到達」の最新動向と、これに関わる「政府の助成制度」と「新技術」についての最新動向である。③については「グリッドパリティに6～10年後には到達する」という状況下で有望と思われる技術として「クロスリニア集光システム」と「砂利・コンクリート蓄熱」を取り上げた。
第4章、第5章は、太陽熱発電技術の開発の方向性と日本企業が新しい方向性を求めて開発に取り組んでいる技術を解説した。第6章「太陽熱発電のビジネス」では、グリッドパリティに到達するまでのこれからの6～10年間、CSPの実際のビジネスにおいて活用すべき助成制度、および集光熱を化石燃料発電に用いるハイブリッドシステム(ISCC)によって当面のビジネス集光システムについて解説した。
このように本書はCSPに関する最新の情報を単に紹介するものではない。急激にPV市場が拡大し、またCSPが2020年までに(6～10年?)グリッドパリティに到達しようとしているこの時に、「CSPビジネスとCSP新技術」をどう捉えるかが問われており、これに対する解説書である。CSPのグリッドパリティへの到達時期は2020年ころで、開発と商用化までに残された時間は6～10年程度と推定される。重要なことは、これから6～10年間でグリッドパリティへの到達に向けて商用化される新技術、あるいは改良技術はそのまま到達後においても重要な技術になるということである。時間を逆に見れば、グリッドパリティに到達するための技術は量産、サイト工数から工場工数へのシフト、工期短縮、メンテ容易、低価格、少部品数などのコスト競争力に優れることが求められている。そして、これらはそのまま、到達後の爆発的な市場の拡大において重要な要素に在り続け、到達後の熾烈なコスト競争力の根幹を担うと考えられる。
このような状況から見えてくるものは、第一に、CSP技術の本質的課題である「冬場・中高緯度でのコサイン効果の低下」を解決する新技術である。既存の集光システムでは、冬場・中高緯度において、コサイン効果の大幅な減少が起こるために太陽エネルギーの回収率がかなり低下するが、これが解決されれば、PVや、既存の集光システムを用いるCSPをはるかに上回り、冬場・中高緯度(サンベルト)での発電効率が大幅に高くなる。そのため、グリッドパリィティへのCSPの到達が促進されると考えられる。そして第二は、量産・工場工数へのシフト・工期短縮・メンテ容易・少部品数・耐久性というキーワードで断トツトップの技術が求められている点である。特に、低コスト化と量産性という視点が重要である。本書ではこれらの視点から、CSP新技術として、「クロスリニア集光システム(集光系)」と「砂利・コンクリート蓄熱(蓄熱系)」の2つの技術を選択した。これらの技術はいずれも今後6～10年での開発・商用化が可能であり、グリッドパリティ到達への貢献が期待されるものである。
2014年11月
東京工業大学名誉教授;(株)SolarFlame(東京工業大学発ベンチャー)
玉浦裕
第1章 総論 (玉浦裕)
1 はじめに
2 サンベルトでのCSP開発とPVとの競合
3 PVの限界便益とグリッドの不安定化の課題
4 市場がグリッドパリティに到達するまでの今後10年間のCSP新技術
第2章 太陽熱発電と太陽電池
1 太陽熱発電と太陽電池の特長 (金子宏)
1.1 太陽と日射
1.2 太陽集光システムと蓄熱方式
1.2.1 トラフ型
1.2.2 リニアフレネル型
1.2.3 タワー型
1.2.4 ディッシュ型
1.2.5 その他集光システムについて
1.2.6 蓄熱方式の概要
1.3 24時間電力供給の可能性
1.4 太陽熱発電の強み
2 太陽熱発電におけるエネルギー貯蔵 (松原幸治)
2.1 はじめに
2.2 蓄熱方式の概要
2.2.1 太陽熱発電プラントにおける蓄熱の実施例
2.2.2 熱媒体
2.2.3 蓄熱方式の分類
2.3 蓄熱システムの開発
2.3.1 固体蓄熱(伝熱管埋込タイプ)
2.3.2 固体蓄熱(充填層タイプ)
2.3.3 潜熱蓄熱システム
2.3.4 顕熱/潜熱複合蓄熱システム
2.3.5 粒子蓄熱システム
3 太陽光発電の現状
3.1 太陽光発電(非集光) (竹原徹雄)
3.1.1 はじめに
3.1.2 太陽光発電の要素技術
3.1.3 非集光太陽光発電のシステム技術
3.1.4 非集光太陽光発電の市場動向
3.1.5 おわりに
3.2 集光型太陽光発電システム (西岡賢祐)
3.2.1 はじめに
3.2.2 集光型太陽電池
3.2.3 集光型太陽電池モジュール
3.2.4 集光型太陽光発電システム
3.2.5 おわりに
4 太陽電池におけるエネルギー貯蔵
4.1 蓄電池 (内本喜晴、折笠有基)
4.1.1 はじめに
4.1.2 リチウムイオン二次電池の概略
4.1.3 リチウムイオン二次電池の負極材料
4.1.4 リチウムイオン二次電池の正極材料
4.1.5 LiFePO4の反応機構解明
4.1.6 マグネシウム二次電池の開発
4.1.7 おわりに
4.2 キャパシタ (石川正司)
4.2.1 キャパシタとは
4.2.2 電気二重層キャパシタの概要
4.2.3 EDLCの構成材料
4.2.4 レドックスキャパシタ
4.2.5 ハイブリッドキャパシタ
4.2.6 キャパシタの適用分野
4.2.7 風力発電とキャパシタ
4.2.8 太陽電池システムへの適用
4.2.9 おわりに
第3章 太陽熱発電の世界動向 (玉浦裕)
1 市場トレンド
1.1 PV市場とCSP市場
1.2 助成制度とCSP市場
1.3 CSP市場への投資
1.4 サンベルト市場のポテンシャル
2 技術トレンド
3 グリッドパリティと技術との関連
3.1 グリッドパリティ到達とCSP新技術
3.2 従来集光システムの冬場・中高緯度でのコサイン効果低下の問題
4 クロスリニア集光システム
4.1 クロスリニア集光システムの原理
4.2 冬場・高緯度での0.9以上のコサイン効果
4.3 キャビティレシーバーの集光度とレシーバー温度の関係
4.4 クロスリニア集光システムのグリッドパリティ到達後の市場競争力
5 砂利・コンクリート蓄熱
5.1 サーモクライン方式の原理と商用化実証試験
5.2 溶融塩蓄熱との対比における砂利蓄熱システムの将来性
6 再生可能エネルギービジネスとしてのCSP市場動向
第4章 太陽熱発電技術の方向性 (西尾光夫)
1 世界の太陽熱発電所
1.1 開発段階別太陽熱発電所
1.2 2010.11調査との比較
1.3 集光方式別開発段階別太陽熱発電所
1.4 国別集光方式別太陽熱発電所
1.4.1 国別集光方式別太陽熱発電所数
1.4.2 国別,集光方式別太陽熱発電所の発電容量
1.5 国別開発段階別太陽熱発電所
1.5.1 国別開発段階別太陽熱発電所数
1.5.2 国別開発段階別太陽熱発電所の発電容量
1.6 開発段階別の太陽熱発電所
1.6.1 稼働中の太陽熱発電所
1.6.2 建設中の太陽熱発電所
1.6.3 開発中の太陽熱発電所
2 世界の太陽熱発電所の開発動向
2.1 初期の太陽熱発電所
2.2 太陽熱発電所の開発動向
2.2.1 太陽熱発電所の年別稼働開始数の推移
2.2.2 太陽熱発電所の年別稼働開始発電容量の推移
2.2.3 太陽熱発電所数,発電容量の累積数の推移
2.2.4 集光方式別の年別発電所数・発電容量の推移
2.3 トラフ方式太陽熱発電所の開発動向
2.3.1 トラフ方式の年別発電所数・発電容量の推移
2.3.2 トラフ方式の太陽熱発電所の年別稼働開始発電容量の推移
2.4 タワー方式太陽熱発電所の開発動向
2.5 リニアフレネル方式太陽熱発電所の開発動向
2.6 デッシュ方式太陽熱発電所の開発動向
2.7 太陽熱発電所の大型化の動向
2.8 太陽熱発電所の年間発電量
2.9 太陽熱発電所の年間発電効率―Annual Solar-to-Electricity Efficiency(Gross)―
2.9.1 公称している太陽熱発電所の年間発電効率
2.9.2 推計した太陽熱発電所の発電効率
2.10 建設コスト
3 太陽熱発電技術の動向
3.1 レシーバー技術の動向
3.1.1 熱媒体
3.1.2 出口温度
3.1.3 レシーバーの出口温度と入口温度の温度差
3.2 蓄熱システムの技術動向
3.2.1 集光方式別蓄熱システム装備状況
3.2.2 蓄熱システムのタイプ
3.2.3 蓄熱時間
3.2.4 蓄熱媒体
3.3 バックアップ電源
3.3.1 ハイブリッド化の動向
3.3.2 化石燃料によるバックアップ電源
4 太陽熱発電技術の方向性
4.1 集光系の技術開発
4.1.1 新集光方式のCL(クロスリニア)システム
4.1.2 トラフ方式のコレクタの大型化(Ultimate Trough)
4.1.3 その他
4.2 集熱系の技術開発
4.2.1 高温・高効率レシーバー
4.2.2 高温熱媒体
4.3 蓄熱システムの技術開発
4.3.1 溶融塩
4.3.2 固体蓄熱
4.3.3 高性能・低コスト蓄熱システム
4.3.4 その他の蓄熱システム
4.4 発電系の技術開発
4.4.1 24時間発電
4.4.2 空冷式熱交換機の高効率化・低コスト化
4.4.3 直接蒸気生成システム(DSG:Direct Steam Generation)
4.5 大規模化
4.5.1 最大の太陽熱発電プラント(稼働中)
4.5.2 その他のコスト削減
第5章 太陽熱発電の日本企業の活動
1 千代田化工建設(株) (湯浅実)
2 カーボンナノチューブと酸化チタンの複合による太陽光吸収率98%の集熱板と高温対応型集熱板の開発 津田薫
2.1 はじめに
2.2 CNT・酸化チタン複合による集熱板
2.2.1 特徴,性能
2.2.2 多種炭素素材での比較
2.2.3 集熱板の耐久性
2.3 高温対応型集熱板
2.4 事業化展開
2.4.1 太陽熱温水利用
2.4.2 太陽熱発電利用
2.4.3 温度差発電
2.4.4 放熱部材コーティング
第6章 太陽熱発電のビジネス (湯浅実)
1 はじめに
2 アルジェリア
3 オーストラリア
4 ブラジル
5 エジプト
6 ギリシャ
7 インド
8 イラン
9 イスラエル
10 イタリア
11 ヨルダン
12 メキシコ
13 モロッコ
14 南アフリカ
15 スペイン
16 米国
17 アラブ首長国連邦
18 チリ
19 中国
