日本エネルギー学会誌
Online ISSN : 1882-6121
Print ISSN : 0916-8753
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94 巻 , 12 号
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論文
  • Koji MATSUBARA, Hiroki TAMAI, Hayato TANUMA, Yusaku MATSUDAIRA, Piyali ...
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1362-1370
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    Niigata University and TERI collaborated in developing a biomass gas turbine system with an enhanced fuel applicability for rural villages in south Asia. This paper describes a mixed and standard type gas turbine system for this purpose. The mixed type gas turbine employs a regenerated Brayton cycle with a secondary combustor to burn various fuels. The thermodynamic analysis revealed that the mixed type gas turbine system has a capability to achieve the thermal efficiency between a regenerated Brayton cycle and a complete external fired system. An experimental test was done using mixtures of bio diesel fuel and kerosene. It demonstrated that the engine performance changed only slightly with regard to the mixture ratio. In the experiment, a prototype biomass gas turbine was able to achieve the 600 W power generation. The mixed fuel with the mixture ratio of bio fuel up to 60 % was confirmed to be applicable to the current gas turbine system.
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  • 足立 健太郎, 内田 浩司, 幸村 明憲, 鎌田 博之, 中島 昭, 春山 哲也
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1371-1377
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    石炭焚きボイラでのバイオマス混焼排ガスに対する,V2O5-WO3/TiO2系脱硝触媒の劣化機構を明らかにするために,バイオマス燃焼灰およびKCl,CaCl2を用いて強制劣化試験を行った。バイオマス燃焼灰の水スラリーによる触媒の湿式含浸試験の結果,スラリー中の灰の濃度の増加に伴い脱硝性能の低下が大きくなった。液体の水が共存する環境下では,バイオマス燃焼灰からアルカリ金属成分が触媒へ移動することで,活性点を被毒し化学的劣化を生じる。KCl エアロゾル曝露試験の場合,K 成分は触媒表面から内部に拡散しながら,化学的劣化を経時的に生じる。SO2共存下でのCaCl2エアロゾル曝露試験では,CaSO4が触媒表面近傍で生成し,触媒表面の細孔を閉塞することで,反応ガスの拡散を阻害する物理的劣化を促す。以上の解析により得たアルカリ金属とアルカリ土類金属によるそれぞれ異なる劣化機構の知見は,脱硝性能の劣化を加速させるバイオマス混焼排ガスに対して,耐性のある脱硝触媒の開発に寄与すると思われる。
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  • 三島 俊一, 池上 康之
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1378-1386
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    現在,エネルギーセキュリティーの向上や地球温暖化対策として再生可能エネルギーの普及拡大が世界的に進んでおり,日本においても各種助成措置の下,未利用エネルギーの利用技術の開発が強く求められている。一方,比較的低温の排熱を利用して発電する技術に,代替フロンやアンモニア等の低沸点の物質を作動流体として用いるバイナリー発電技術があるが,これらは主に単一の熱源に対しての利用を想定しているため,温度域の異なる温排水や排ガスが同時に発生する場合は各熱源に対して個別に対応する必要があり,規模が小さいと十分な発電量が得られずコスト面でのメリットが得られにくいという問題があった。そこで,筆者らはアンモニア/ 水を作動流体として用いたカリーナサイクルを基本システムとし,一つのサイクルに温度域の異なる複数熱源に対しての新しいサイクルの適応を検討することとした。サイクル適応の一例として下水汚泥焼却設備より発生する2つの異なる温度域の熱源である温排水(70℃)と排ガス(300℃)への適応を想定したシミュレーションを実施することで,サイクル内の分離器前後の作動流体に直接排ガスの保有熱を与えることにより,従来の温排水を排ガス保有熱で加温したのみのものと比較して,回収可能な出力が約50%増加することを見出した。また,サイクル内に流れる作動流体流量をパラメータとしたシミュレーションを行い,出力が最大となるような最適な作動流体流量が存在することを確認し,さらに,エントロピー生成速度を用いることで各サイクルにおける出力の評価を行うことが可能であることを示した。
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  • Jun HASHIMOTO, Xue YANQUN, Kenji OTANI
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1387-1392
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    The purpose of this study is to investigate conventional photovoltaic (PV) and concentrator photovoltaic (CPV) system performance. The CPV system is operational in Okayama, Japan. The impact of different climates conditions on the system is studied. The system has been collecting data since 2011. The relationship between CPV performance and the environment is more complex than that of the conventional flat-plate PV. It is important to define the primary factors leading to these differences and accelerate installation as a clean energy generation. One of the factors is spectral distribution. Furthermore, the relationship between the I-V characteristics of the system and the environment parameter is discussed.
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  • Paweesuda NATEWONG, Yayoi MURAKAMI, Haruki TANI, Kenji ASAMI
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1393-1396
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    Effect of addition of CaO and ZrO2 to MgO/SiO2 catalyst, which is effective for synthesis of High Quality BioDiesel (HiBD) was investigated using atmospheric agitated reactor at 430 °C and LHSV = 0.3 h-1. Binary MgOCaO/SiO2 and MgO-ZrO2/SiO2 catalysts and ternary MgO-CaO-ZrO2/SiO2 catalyst were prepared by the incipient wetness impregnation method. Physical properties of these catalysts were characterized by XRD and BET methods. Both the fatty acids and the triglycerides in waste cooking oil were converted into hydrocarbon gases, CO, CO2, water and hydrocarbon oil. CaO- and/or ZrO2-added catalysts gave higher CO2 yields than MgO/SiO2 alone, and showed lower acid values. These observation indicates that the added oxides promote the decarboxylation reactions. Iodine values also decreased to some extent by the addition of these oxides.
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  • 森泉 由恵, 本藤 祐樹, 中野 諭
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1397-1413
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    本研究では,再生可能エネルギー技術の導入とその普及政策がもたらす環境・社会経済影響を,客観的かつ定量的に評価することを目的に,2013年版の再生可能エネルギー部門拡張産業連関表(REFIO)を開発した。REFIOは,最新の産業連関表を基に,既存部門を分割し,再生可能エネルギー技術に関する部門を新設することで作成される。対象とした技術は,太陽光発電4種,風力発電,地熱発電2種,小水力発電,木質バイオマス専焼発電,メタン発酵ガス化発電3種の計12 種である。発電施設の建設・運用に関する新設41部門の推計には,政府統計や報告書等の公表データ,および,事業者や協会,NPO法人等,再生可能エネルギー関係機関から提供を受けた非公表データを用いている。REFIOの有用性を検証するため,新設部門の経済波及効果を推計し,比較検討を行った。計測された生産誘発係数は,建設部門は2.51から3.13,運用部門は1.05から2.62の間に分布し,発電技術による差異が見られた。計測結果から得られるより重要な示唆は,発電技術によって,大きな間接波及効果の創出が期待される産業が様々に異なるという点である。
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技術論文
  • 大隈 修, 林 順一, 福永 泰幸, 足立 義男
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1414-1421
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    下水汚泥のような湿潤バイオマスは,再生可能エネルギーや炭素資源として非常に大きな供給源である。しかし,湿潤バイオマスは多量の水分を含むため,燃料等のエネルギー利用には,先立って乾燥が必須である。そこで,我々は発酵による乾燥と組み合わせた炭化プロセスを開発した。本プロセスは,外部から加熱することなく好気性発酵の熱で水分を蒸発させる発酵乾燥工程と,汚泥の揮発分の燃焼で発生する熱のみで炭化するエネルギー自立炭化工程の二工程で構成される。本報では,発酵乾燥工程について報告する。乾燥工程では,受け入れた湿潤汚泥をただちに体積比で約2倍の木質チップと混合し,発酵のための堆積山を作った。堆積山内部の温度は,数日で約80℃まで急速に上昇し,その後徐々に低下した。汚泥の水分は,温度の低下とともに徐々に減少し40~60日間で約80 wt%から30 wt%以下に低下した。発酵の間,堆積山は7~10日毎に積み替えた。木質チップを篩い分けで除去した後,乾燥汚泥を炭化工程に供した。発酵乾燥過程での汚泥の性状の変化と,発酵過程での温度,水分の変化に及ぼす堆積山の大きさと堆積山への通風量の影響について論じた。
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  • 大隈 修, 林 順一, 福永 泰幸, 足立 義男
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1422-1427
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    下水汚泥のような湿潤バイオマスを有効利用するために,発酵乾燥と組み合わせた炭化プロセスを開発した。本プロセスは,好気性発酵による乾燥工程と,炭化の熱源として化石燃料を使わない(エネルギー自立)炭化工程の二工程で構成される。前報で乾燥工程について報告したので,本報では炭化工程について報告する。我々は,水分30 wt%以下の乾燥汚泥を毎時1トン処理する炭化装置を設計・建設した。同装置は,外熱式ロータリーキルンと,装置の定常運転時は汚泥の熱分解揮発分のみを燃焼させる燃焼炉よりなる。炭化装置の運転立ち上げ時,燃焼炉でA重油を焚き400℃以上に炭化炉内を加熱する。それから,水分約30wt%の下水乾燥汚泥を徐々にキルン内に供給した。この運転によって,汚泥処理量(供給量)1.0 t/hでの炭化温度410~430℃が,A重油を焚かずに運転(エネルギー自立)できる条件であることがわかった。この炭化条件では,炭化物の収率は約50wt%,発熱量と炭素含有率は,それぞれ約3,500 kcal/kg,35~38wt%であった。現在,本炭化装置を用いて,化石燃料を使用しないエネルギー自立運転を,1回あたり3週間程度の連続運転として実施している。
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  • Noraini ABDULLAH, Chen Lee LEE, Zainodin Haji JUBOK
    94 巻 (2015) 12 号 p. 1428-1439
    公開日: 2015/12/28
    ジャーナル フリー
    Studies on palm oil cogeneration systems, and design and analysis to further improve the energy efficiency have been done based on process integration technology. The products during cogeneration are crude palm oil (CPO) and solid wastes which come from empty fruit bunches, fibers and nutshells. However, factors affecting the production of biomass and biofuel from solid wastes and crude palm oil from oil palm fruit bunches for the boiler-based and combustion-based cogeneration can be further explored. This study hence aims to determine these factors, and then expound further in forecasting the production volume of biomass fuel and biofuel produced during cogeneration. For this purpose, the multiple regression (MR) technique is employed, and the results based on the mathematical modelling concept are thus compared. Mathematical models on the production of oil palm fruit bunches are developed via the model-building processes. Data variables are transformed using the ladder-power transformation method from a data set of 31 observations. Two models are developed, namely, Model I is for the production volume on biomass fuel from fresh oil palm fruit bunches, while Model II is the production volume on liquid biofuel from crude palm oil (CPO). There are five independent variables in Model I, and four independent variables in Model II. The four-phase in multiple regression model-building are carried out to change the non-normal data to normality. The best model obtained by the model transformation method in Model I is M72.2.5 where the main factor is the total workers employed during last pay period, and interaction factors up to the second order are: harvested area interact with yield per hectare, harvested area interact with local delivery average price, harvested area interact with total workers employed during last pay period, yield per hectare interact with local delivery average price, harvested area interact with local delivery average price interact with total workers employed during last pay period and yield per hectare interact with local delivery average price interact with total workers employed during last pay period. The significant factors on the biomass production are the yield per hectare and the harvested area of the oil palm fruit bunches. The mean absolute prediction error (MAPE) value for the best model on model transformation Model II is 2.62 %. Thus, the best model using the model transformation method is said to be excellent and acceptable to forecast for the production volume of biomass fuel and biofuel during cogeneration.
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