福島県相馬市のスマートコミュニティ事業戦略とそうまIHIグリーンエネルギーセンター

再エネを活用した2つの実証例

〔1〕実証例1：再エネ電力の最大活用を目指した汚泥乾燥実用化開発

　自治体にとって、下水汚泥処理はコストのかかる分野の1つであり、そのコスト軽減が求められている。スマートコミュニティ事業では、

①余剰電力が発生した場合に、電気ボイラーで蒸気をつくる

②必要なときに汚泥乾燥に使うための蒸気として、巨大な魔法瓶のようなアキュムレータ（蒸気貯蔵タンク）に貯めておく。下水汚泥が出てきたタイミングでこの汚泥を真空乾燥機と呼ばれる装置に供給し、含水率が90％となっている汚泥を乾燥させ、汚泥の含水率を20％（5分の1くらい）以下に減量化できるような仕組みをつくる

③乾燥させた汚泥を、成形機を通して、たばこのフィルターのような小さな燃料ペレットをつくる

という、一連の装置とシステムが構築された。

　現在、相馬市では、汚泥はそのまま市外の産廃業者に引き取ってもらっているが、その費用は実に年間4,000万円もかかっている。構築したシステムでは、その産廃処理費用を半分以下にできるため、産廃処理費用の削減のメリットも生まれる。加えて、汚泥を乾燥してつくったペレットはバイオマス燃料になるため、ペレットを燃やせばバイオマス発電も可能となる。

〔2〕実証例2：再エネを活用した

水素製造研究の実証設備

　図8に、再エネを合理的に活用した水素製造研究に関する実証設備を示す。今回導入した設備は、

1. アルカリ型水電解装置（KOH：水酸化カリウムを使用）
2. PEM型の水電解装置（固体高分子を使用、前述）
3. 水素の貯蔵タンク

などである。水素を製造するための余剰電力を、太陽光の状況に合わせて最適にするため、管理棟内に水素統括制御盤という制御システムを設置して、遠隔から操作を行えるような仕組みが構築されている。

〔3〕アルカリ型とPEM型の比較

　ここで、アルカリ型とPEM型の特徴を比べてみよう。

　アルカリ型は、効率はよいが、太陽光発電出力の変動に対しての追従性や応答性という面ではすこし遅いため、ベースロード向きの特性がある。これに対してPEM型は、効率は低いが、追従性も応答性も優れているため、太陽光発電の急激な電力変動に対しての追従特性がよい。

　このようなことから、アルカリ型とPEM型のそれぞれの特徴を組み合わせ、太陽光の出力変動に合わせて効率的に水素を製造できないか、などの実証を行っている。

今後の水素に関する先進利用研究の取り組み

　ここまで、相馬市で展開されているスマートコミュニティ事業の全体概要とともに、そうまIHIグリーンエネルギーセンターの設備構成などを見てきた。

　今後は、特に水素の先進利用研究の取り組みとして、水素の製造方法や利用方法も含めて、再エネの有効利用技術を実証しながら、次のような課題に取り組んでいく。

1. 水素先進利用研究に適した研究インフラの構築
   ①水素製造・利用も含めた形で、再エネの有効利用技術を実証していく。
   ②水素供給インフラを整備し、長時間にわたる水素関連の実証試験を可能にする。
2. 地域への貢献
   ①図9に示すような水素関連の研究を、国内外の研究機関・企業と共同で行えるオープンイノベーションの場を提供することによって、研究者などの交流人口を増加させ、これによって地域の活性化を図っていく。
   ②地域に、水素などの科学・エネルギーを身近な存在にするための活動の取り組みとして、地域の小中学校と企業との連携による体験学習を実施していく。
3. 「水素キャリア」への変換技術も
   　2019年度は、このスマコミ事業・水素研究エリアに水素研究施設の建設を計画（前出の図5の赤枠「計画中」を参照）し、すでに取り組んでいる図9に示す、水素関係の研究について展開していく計画となっている。
   ①水素の効率的な製造技術
   ②水素（H2）と窒素（N2）を、触媒を介して合成し、アンモニア（NH3）という形にして水素を運べるようにする「水素キャリア」への変換技術
   ③②のアンモニア（NH3）を現地に運搬し、アンモニア（NH3）を直接発電の燃料に利用する技術

◎取材協力（順不同）

• 株式会社IHI　ソリューション・新事業統括本部 ソリューションエンジニアリング部　主査　高井 紀浩 氏
• 同技術開発本部 技術企画部 技術調査グループ　主幹　平田 哲也 氏
• 同ソリューション・新事業統括本部　ソリューションエンジニアリング部長　中島 精一 氏

福島県相馬市におけるスマートコミュニティ事業の各設備