| Project/Area Number |
22K04815
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
伏見 千尋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50451886)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
能村 貴宏 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50714523)
池上 貴志 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70534460)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 蓄熱発電 / 流動層 / 相変化物質(PCM) / 変動制再生可能エネルギー / バイオマス発電 / 変動性再生可能エネルギー / 変動再生可能エネルギー |
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| Outline of Research at the Start |
大規模CO2排出削減と電力システム安定化のために電力需給調整力が求められている。安い新蓄電方法として、太陽光・風力発電の変動電力を熱にして流動層に蓄熱し、電力供給が必要な時(特に夕方)にタービンに供給して、急激な発電ができるバイオマス発電所の構築が望まれる。
本研究では、1) 約150－200 ℃、約400－600 ℃で高密度・高速で蓄熱できる新規潜熱蓄熱(PCM)粒子を開発し、2) この粒子を用いて流動層での流動特性と伝熱速度を実験で求め、3) 急激な熱変動に対応可能な非定常流動層蓄熱部モデルを構築し、4) 高度なバイオマス電力システムモデルの構築と電力需給調整力・CO2削減費用の評価を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
PCM粒子の流動層実験の前段階として、蓄熱・放熱用の反応としてMgO/Mg(OH)2系による水和脱水反応を選定し、実験室規模の流動層装置を用いて、水和反応と脱水反応を繰り返した際の放熱特性の評価を目的として実験を行った。現有している流動層装置で昇温可能な温度が約200℃であったため、まず低温（約110-130℃）の水和反応を行った。条件を複数検討した結果、水和反応時のガス流速、ガス温度、水蒸気分率、反応時間を選定した。その後、流動層装置の予熱部分を強化するべく大幅に改良を行った。その結果、流動層内の温度を約350℃まで昇温することが可能となった。
さらに、MgO/Mg(OH)2を用いた流動層蓄熱部を地熱発電のカリーナサイクルに組み込んだ場合のエネルギー効率と経済性を試算した。その結果、流動層蓄熱部のエネルギー貯蔵効率と初期投資額は基本ケースでそれぞれ86.8％と59 USドル/MJthであった。さらに平準化コストは、充電電力価格が0～0.042米ドル/kWhe の場合、それぞれ0.298～0.791米ドル/kWhe となった。
約738－758 ℃で高密度・高速で蓄熱できる新規潜熱蓄熱(PCM)粒子開発についての英語論文を出版した。さらにこの高温潜熱蓄熱粒子と同様の乾式製造方法で、約232度（Sn）で高密度・高速で蓄熱できる新規潜熱蓄熱(PCM)粒子の開発に成功し、成果を英語論文を出版した。
再エネ余剰量の地域偏在性により、火力発電に蓄熱設備を追加するシステムにおける蓄熱設備の最適な導入量は地域によって異なる。どの地域の設備にどれだけの容量の蓄熱設備を導入すると効果的かを分析するモデルを作成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
1.約738－758 ℃で高密度・高速で蓄熱できる新規潜熱蓄熱(PCM)粒子開発についての英語論文を出版できたこと
2.上記の高温潜熱蓄熱粒子と同様の乾式製造方法で、約232度（Sn）で高密度・高速で蓄熱できる新規潜熱蓄熱(PCM)粒子の開発に成功し、成果を英語論文を出版できたこと
3.伏見研究室で保有している流動層の大幅改良を行い、これまでは200℃までの昇温であったのを約350℃まで昇温可能なようにすることができたこと
4.バイオマス電力システムモデルに組み込んだ際の経済性を英語論文に出版できたこと。
5.類似の系として流動層蓄熱部を地熱発電所に統合した際の経済性の評価について、英語論文にまとめることができたこと（論文はQ1 journalに投稿中）
から今後の研究のさらなる広がりが見えたこと。
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| Strategy for Future Research Activity |
・作製したMEPCMを改良した流動層に用いた非定常蓄熱の実験を行う。担当者を倍増にして加速を図る。
・上記の実験結果について、英語論文で出版することを目指して研究を推進する。
・流動層の熱制御を2023年度よりもさらに高度にすることにより、より実際の運転に近い状況での流動層蓄熱器の性能評価を行う。
・火力発電、バイオマス発電、地熱発電、廃棄物発電システムそれぞれの観点で流動層蓄熱部の運転方法の調整を行う。さらにエネルギー効率と経済性評価を合わせて行う。
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