工場では様々な機械による発熱を排出するため、ガス調理器具の熱を排出するために、多くの排気設備が使用されています。SDGｓなど環境問題が注目を集める中、工場などで排出される高温の排気をそのまま排出するのではなく、温度差により発電する発電熱電モジュールにを使用し電力の有効活用できることはご存知でしょうか。
本記事では工場が生み出す「排熱」がどのように再利用され、新たなエネルギー源として活躍しているのかを解説します。またコージェネレーション、ヒートリカバリーシステム、IoT用自立電源に関しても説明しております。
工場排熱（再生可能エネルギー）とは何か｜具体例
工場排熱と再生可能エネルギーとは
再生可能エネルギーとは、太陽光や風力、地熱、水力など、自然のエネルギーを利用した発電のことを指します。これらのエネルギーは、一般的には枯渇の心配がなく、常に再生が可能なため、持続可能な社会を実現するための重要なエネルギー源となります。その一方で、これまであまり注目されてこなかった「工場排熱」もまた、同様に再生可能なエネルギーとして位置付けることが可能な熱源となってきています。
工場から排出される熱の多くは、発電や設備の稼動などに再利用することが可能です。工場排熱を再生可能エネルギーとして注目される理由は、そのエネルギー量と有効活用の可能性にあります。工場排熱とは、機械装置や製造工程による発熱、温度上昇、冷却水の温度差等、各種の現象によって発生する余剰熱のことを言います。この排熱は、温度やエネルギー量を一定期間・ある程度定量を排出する為、再び有用な熱エネルギーや電力に変換・利用用しやすい余剰エネルギーになります。工場等の産業活動から排出される熱は、実は大量に排出されています。その多くが捨てられるだけでなく、地球温暖化の主な原因となる二酸化炭素の排出を増大させる一因にもなります。しかし、この排熱を有効活用することで、省エネルギー、コスト削減はもちろん、二酸化炭素の排出抑制にも繋がるというのが、工場排熱を再生可能エネルギーとして注目される理由です。
現在、工場排熱の再生可能エネルギーとしての利用は、日々進化をし続けており、工場排熱を回収して有効活用する技術やシステムは、既に多く存在し始めています。具体的な工場排熱の再生可能エネルギーとしてコージェネレーションシステムやヒートリカバリーシステムなど、排熱を再利用するための技術を紹介いていきます。
コージェネレーションシステムと工場排熱
コージェネレーションシステムとは、発電と熱供給を同時に与えることができるシステムであり、効率的なエネルギー利用を可能にします。「熱電併給システム」とも呼ばれ、発電装置によって電気を供給し、その過程で発生した熱を利用し給湯や暖房のエネルギーとする2つのエネルギーを同時に作り出すことができます。
具体的には、工場から排出される熱を用いてボイラーで蒸気を生成し、その蒸気を使用して発電します。さらに、発電の過程で生じる熱を利用して、冷暖房や給湯などの熱源としても活用することが可能です。
コージェネレーションシステムの利点はいくつかあります。その一つが、エネルギーの無駄を抑えるための効率的な利用です。通常、発電と熱供給は電気は発電所からの供給、熱供給は工場で設置されて設備機器からの供給と、別々のプロセスで行われます。しかし、コージェネレーションシステムではこれを一つのプロセスで行うことで、エネルギーの使用効率を向上させることができます。また、発電所による発電では遠距離送電によるエネルギー損失が起こりますが、コージェネレーションシステムによる発電では現地で消費するため、送電損を抑えられます。さらに、一般的な発電所では、発電の過程で生じる大量の熱エネルギーは、ほぼ全てが廃熱されてしまいますが、排熱を有効活用することで、CO2排出量を大幅に削減することができます。このようにコージェネレーションシステムが工場排熱の活用における重要な役割を担ってきています。。
ヒートリカバリーシステムと工場排熱
多くの工場や施設では、ヒートリカバリーシステムを用いて排熱を活用しています。ヒートリカバリーシステムは、廃熱回収装置とも呼ばれ、室内で発生した熱はとして通常排出される熱ですが、その熱を回収し、別の用途で利用可能なエネルギーに変換するシステムです。主な仕組みとしては、排熱源から排熱エネルギーを熱交換により取り込み、水等の他の媒体に移動します。熱エネルギーを他の媒体に移すことで、給湯や電力生成や冷却装置のような他の用途にも適用できます。
ヒートリカバリーシステムを導入する最大のメリットは、エネルギーの有効活用とコスト削減があげられます。排熱をただ捨てる代わりに、それを有効に利用することで、新たな熱源を得ることなくエネルギーを供給できます。これにより、化石燃料の消費を削減し、エネルギーコストを節約できます。さらに、ヒートリカバリーシステムはCO2排出量の削減にも寄与します。
熱エネルギ―を使用した電力生成の具体的な方法としては、上記発電が挙げられます。
蒸気発電は、水を沸騰させて生じた蒸気がタービンを回転させ、その動力を電力に変換するという原理により電力を生成します。
工場の製造工程において発生する蒸気を活用することで、蒸気の熱エネルギーを無駄にすることなく再利用することが可能です。
また蒸気発電を設けることで自己完結型の電力供給システムの構築にができ、電力供給の安定性も向上します。また、余剰電力を他の地域へ供給することで、地域のエネルギーネットワークに寄与することもで考えられます。
工場のIoT化とIoT用自立電源
工場のIoT化とメリット・デメリット
工場では昨今IoT化の注目が高まってきております。工場のIoT化は、様々な機械設備が持つデータをインターネットを通して集計・分析し可視化することで、業務改善や効率化を図ることができます。
IoTとは「Internet of Things」の頭文字から来ており、「モノのインターネット」とも呼ばれます。あらゆる機械をインターネットを通して接続し、データを共有しあうことでより効率的に作業を行っていく仕組みのことを指します。
工場でのIot化のメリットは以下の通りになります。
各機器の稼働状況を細かくデータとして集計することで、エネルギーコストの正確な把握が可能です。エネルギー消費量の予測や無駄の把握等、エネルギー使用の効率化へとつながります。また機器にセンサー等の測定器を接続することで、不具合の予兆等を行う仕組みや、ビックデータによる分析も可能となり、機器以外にも人が介在する部分でも導入が進められています。
しかし、IoT化する上でいくつかデメリットがあります。
まずはIoT化によるシステム導入費が発生してしまうことが考えられます。様々種類や年代等の設備が混在している工場では、システムがそのまま導入・運用ができるかは細かな検討が必要です。IoTシステムが管理する範囲が大きくなってしまうと、導入費用が上がってしまい、効率化による費用対効果が落ちてしまう場合があります。
また新しいシステムを導入するとなると、電源も新たに必要になってきます。特に停電等の緊急時にもシステムが正常通り維持できることが必要であれば、非常時に発電できる発電機を導入することが必要となってくる為、システム以外のイニシャルコストが発生してしまいます。
工場排熱とIoT用自立電源
IoT化に必要となってくる無線センサー設置の際には、センサー電源の為の電池搭載や電源配線への接続が必要となります。
IoT用自立電源とは、IoT用の自立した電源を供給する発電装置になります。発電装置は小型化されていますが、熱回収を行うことで電源を供給されています。
●なぜIoT用自立電源が必要か
IoT用無線センサネットワーク構築が急伸中な理由は、信号線や電力線の敷設が困難な場所にも設置が必要であり、
且つ大型の発電機よりも導入が安易になる可能性が高い為になります。
実現には熱電発電等のエナジーハーベスティングによる自立電源技術が必須になります。
●自立電源開発の狙い
自立発電の主な狙い・メリットは以下の通りになります。
・安全・安定操業
・省エネ
・省人化、危険作業提言
・ケーブルなどの生涯コスト半減
●IoT用自立電源システムの特徴と社会的意義
IoT用自立電源は低温排熱を活用した発電によるシステムです。
企業が導入することで、エネルギーロスを減らしSDGｓ、気球温暖化抑制、2050年カーボンニュートラル、分散型自立電源会社の構築に貢献(省エネ、CO2削減)となり、企業価値の向上にも繋がります。
●電力用途
作業環境改善(送風機、除湿器の運転)
メンテナンス用電源(照明、洗浄)
工場の補助電力として蓄電池によるピークカットからの省エネ
電源を様々な箇所へ提供することで経済的なメリットも考えられます。
まとめ：工場排熱の再生可能エネルギーによるコスト削減メリット
ますます厳しくなる経済環境の下、企業は経営効率を上げるためにエネルギーコストの削減に向けて取り組むことが求められています。特に工場運営では、設備の稼働に多大なエネルギーを使用し、これが高額な経費となり、エネルギーコストの削減は、工場の経営において大きな問題となっています。経済的な利益と環境への配慮を両立させるためにも、エネルギーコスト削減の重要性は高まっています。
排熱利用は一定の設備投資が必要ですが、その後は定期的にエネルギーを生み出せるため、長期的に見ればコスト削減の効果が計れます。設備導入初期のコストを回収した後は、発電コストが安定し、エネルギー料金の変動リスクからも解放されます。特に、エネルギー価格が高騰する可能性がある中で、自給自足のエネルギー供給は経営安定化に影響を大きく及ぼします。将来的に見据えた工場排熱の再利用に関しましては、是非お問い合せからご相談ください。
