再発電

リパワーとは、古い発電所を、定格出力が大きいか効率が高い新しい発電所に置き換えるプロセスであり、その結果、発電量が純増します。^[1]リパワーは、いくつかの異なる方法で行うことができます。ボイラーを交換して交換するだけの小さなものから、システム全体を交換してより強力なシステムを作るような大規模なものまであります。リパワーには多くの利点があります。

古いものを新しいものに改修するという単純な行為自体が、工場の稼働を維持するためのコスト削減と相まって有益です。コスト削減とエネルギー出力の増加により、このプロセスは非常に有益です。^[2]

風力発電所のリパワーとは、一般的に小型の古い風力タービンを、一般的に大型で効率の高い新しい設計のものに交換することを意味します。風力発電技術の新たな革新により、古い設計と比較して新しいタービンの電力出力が劇的に増加しました。古い風力タービンを新しいアップグレードでリパワーすることで、新しいタービンのサイズと効率が向上し、特定の風力発電所から生成できるエネルギー量が増加します。米国では、2017年に2131MWの風力発電所のリパワーが完了しました。^[3]

カリフォルニア州の研究^[4]によると、古いタービンを交換して風力発電所を改修することの潜在的な利点は次のとおりです。

• 少数の大型風力タービンを設置することで、鳥類の死亡率が減少する可能性があります。
• 現代の風力発電プロジェクトは、たとえ高さが高くても、見た目がより魅力的であると考えられるほど、美観に関する懸念が軽減されています。
• 「新しい風力発電施設に特有の平均設備利用率の向上により、再生可能エネルギーの生産量が増加します。」
• 既存のインフラストラクチャ（道路、変電所など）を使用するため、新しい「グリーンフィールド」風力発電プロジェクトに比べて設置コストが低くなります。
• 「より優れた電力品質で電力網をより良くサポートできる、新しい風力タービン技術の使用。」
• 地方および州の税基盤が拡大し、建設業の雇用機会が拡大します。

国土の総面積に比べて多くの風力タービンが設置されているドイツやデンマークなどの国では、風力発電の容量と発電量を増やすために、古いタービンを再稼働させています。^[5]風力発電所の電力と利用は1990年代から増加しています。

カリフォルニア州には、再発電が効果的な老朽化した風力タービンが多数あるが、多くの場所で再発電を行う経済的インセンティブが不足しているようだ。カリフォルニア州の小型タービンの多くは1980年代に建設されたもので、定格出力は50～100kWで、現代の平均的な風力タービンの定格出力の10～40倍小さい。^[4]風力発電プロジェクトの急速な再発電を妨げる障壁は依然として多くあるが、主な障壁は、多くの既存の老朽化した風力施設は、短期的には、新しい風力タービンで再発電するよりも、継続して運営する方が収益性が高いということだ。^[6] カリフォルニア州は2007年までに365MWの風力発電所を再発電したが、これはアップグレードできる潜在的な1,640MWの風力発電容量のわずか20％に過ぎない。^[4]

米国での新しい環境規制により、石炭火力発電所は時代遅れになりつつあります。石炭火力発電所の4分の3が閉鎖されています。^[要出典]短期的な選択肢としては、発電所を廃止するか、ボイラーを天然ガスで直接燃焼するように迅速に転換することなどがあります。これらの古い石炭火力発電所をガス燃焼ボイラーに改造します。米国環境保護庁（EPA）の新しい規制により、発電所が閉鎖されると、米国の既存の発電能力が最大30ギガワット（GW）失われると推定されています。EPRIが調査した新しい発電所を建設する代わりに、資本コストを20％節約できる可能性があります。

これらの発電所の構成には、古い石炭ボイラーをガス燃焼タービン (GT) に置き換えることが含まれます。ガス燃焼出力は、排熱を熱回収蒸気発生器 (HRSG) に排出します。熱回収蒸気発生器の出力は蒸気タービンに送られ、発電量と発電所全体の効率が向上します。ガス燃焼タービン (GT) と熱回収蒸気発生器 (HRSG) の技術は、米国だけでも過去 20 年間にわたって多くの再発電プロジェクトで利用されてきました。米国政府の環境規制の強化と燃料価格の低下により、多くの古い石炭火力発電所の更新に GT/HRSG を使用することが選択肢になりました。この最新のガスタービンはより高い効率で動作し、熱回収蒸気発生器 (HRSG) を追加すると、全体的な発電所効率がほとんどの石炭火力発電所の範囲よりも 40 ～ 50 パーセント (HHV) 上昇し、燃料消費量が削減され、発電所の排出量が低減します。シーメンス社もこの技術を利用して、ガスタービン (GT) と熱回収ボイラ (HRSG)、蒸気タービン (ST) を組み合わせ、複合サイクル発電所で最高効率の発電設備を実現しています。既存の直火発電所は、GT と HRSG を追加することで、この高度なサイクル コンセプトを活用できます。このいわゆるリパワリング方式により、既存の発電設備は最新の複合サイクル発電所と同等の効率になります。

シーメンス社は、これらの古い石炭火力発電所に電力を供給する2つの方法を開発しました。1つ目はフルパワー化、2つ目はパラレルパワー化と呼ばれています。フルパワー化は、ボイラーが耐用年数に達した古い発電所でのみ使用されます。フルパワー化では、元のボイラーを交換し、ガスタービン（GT）と排熱回収ボイラー（HRSG）を追加します。完全な再電力化のコンセプトと比較すると、この再電力化スキームはわずかに効率が低くなります。蒸気タービン用の2つの独立した蒸気源により、このコンセプトでは燃料の柔軟性が高く、負荷変動に関しても柔軟性が高くなります。^{[7] [8]} 再電力化プロジェクトの一例として、フルオール社によるスワード発電所の更新があります。この発電所は521MWの石炭火力発電所でした。この発電所では廃石炭を燃やしています。このプロジェクトでは、既存の微粉炭ボイラー3基を撤去し、アルストム社製CFBボイラー2基とアルストム社製蒸気タービン発電機1基を設置するなどの大きな変更を加えて、新しいクリーンコールテクノロジーCFBボイラー2基を設置するというものでした。この発電所は現在、521 MW の発電能力を持つ世界最大の廃石炭発電施設であり、1 日あたり 11,000 トンの廃石炭で稼働しています。

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