JP2014013552A - 森林資源バイオマス発電システム（２） - Google Patents

Abstract

【課題】原料の森林資源から得た木材生産システムとそれを利用する発電システムとを適切にリンクして地球環境を良好に維持しながら、長期にわたり安定した森林資源供給及び電気供給を得るための森林資源バイオマス発電システムを提供する。
【解決手段】複数の森林資源供給山林地域を有し、森林資源供給山林地域の森林資源から副産物を回収活用しながら発電する森林資源バイオマス発電装置２００と、前記山林地域の植林及び伐採に関する実行とその管理をする森林植林伐採管理装置３００と、森林資源発電計画に基いて植林計画と伐採計画を行い森林植林伐採管理装置３００に森林資源発電に必要な植林と伐採要求情報を送信しながら森林資源バイオマス発電装置２００の発電管理をする森林資源発電管理装置１００とからなることを特徴とする森林資源バイオマス発電システム。
【選択図】図１

Description

本発明は，主に森林資源を有効に利用する森林資源バイオマス発電システムに関するものである。

従来、建築廃材，森林間伐材，街路樹剪定材等の木質廃材は焼却処理されていたが，ＣＯ２やダイオキシンの発生が問題となり，焼却困難となり一部の再利用分を除き大部分は野積みされたままとなっている。
建築廃材，森林間伐材，街路樹剪定材等の木質廃材は増加する一方で，野積み状態にするのにも場所的に限界があり，何らかの処理，好ましくは再利用可能な処理が要求されていた。

再利用方法としては、従来、木質廃材を粉砕しチップ化する手段，同チップを炭化する手段，同炭化手段からの排出ガスを改質する手段，同改質ガスを冷却する手段，同冷却ガスを除湿し，除塵する手段，同除湿除塵ガスで駆動されるガスエンジン，同ガスエンジンで駆動される発電機を備えたものが紹介されている。
これによって，木質廃材を粉砕してチップ化し，そのチップを炭化して有効利用するとともに，炭化炉から排出されるガスを改質し，除湿，除塵し，そのガスでガスエンジンを駆動して発電機を回して発電するのである。
一方、前記炭化手段からの排出ガスの改質手段は，前記炭化手段で炭化された炭の燃焼によって加熱され，前記冷却手段で発生した水蒸気が用いられる。

また他の方法として、木質系バイオマスを燃焼炉で燃焼し、燃焼する熱エネルギーで水を加熱して蒸気と温水とし、さらに空気を加熱して温風とし、得られた蒸気と温風を閉鎖された木材乾燥室に供給して、木材乾燥室に収納している木材を乾燥し、さらに、木材乾燥室に燃焼炉で加熱された温水を供給して、湿度を調整しながら木材を乾燥する木質系バイオマスの発生熱利用方法も紹介されている。
更に深刻な問題として、森林は、伐採計画と実行が先行するのみで適切な植林計画とその実行はお座成りになっており、森林伐採による地球環境の劣化は、急速の一途を辿っているのが現状である。

前記例示の各方法では、長期に亘る安定した森林資材の確保と供給及びその再利用方法による最適な発電等が得られ難く所期の効果は得られない。
本発明は、地球環境を良好に維持しながら、原料の森林資源を得るための森林資源生産システムと、森林資源を利用する発電システムとを適切にリンクして長期にわたり安定した森林資源供給及び電気供給を得るための森林資源バイオマス発電システムを提供するものである。

本発明は前記課題を満足するものでありその特徴とする技術手段は次の（１）、（２）通りである。
（１）、複数の森林資源供給山林地域を有し、森林資源供給山林地域の森林資源から副産物を回収活用しながら発電する森林資源バイオマス発電装置２００と、前記山林地域の植林及び伐採に関する実行とその管理をする森林植林伐採管理装置３００と、森林資源発電計画に基いて植林計画と伐採計画を行い森林植林伐採管理装置３００に森林資源発電に必要な植林と伐採要求情報を送信しながら森林資源バイオマス発電装置２００の発電管理をする森林資源発電管理装置１００とからなることを特徴とする森林資源バイオマス発電システム。
（２）、森林資源発電管理装置１００と森林資源バイオマス発電装置２００と森林植林伐採管理装置３００とからなり、
前記森林植林伐採管理装置３００は、植林実行管理部３００−１と伐採実行管理部３００−２と調整用草木管理部３００−３と、これらとの連携で運行管理する山林地区管理部３０１と、山林地区管理部３０１との連携で操作される山林管理情報入力装置３０２と、植林搬送手段３０３−１に搬送指令しその結果をフィードバック入力する植林搬送制御装置３０３と、伐採材等の搬送手段３０４−１に搬送指令しその結果をフィードバック入力する伐採材等の搬送制御装置３０４を有して、これらからの各実行情報をフィードバック情報として森林資源発電管理装置１００に入力し、
前記森林資源発電管理装置１００は、森林植林伐採管理装置３００からの植林状況と伐採状況に応じて発電計画内容を作成しこれを植林計画装置１０２と伐採計画装置１０３に送信する発電計画装置１０１と、発電計画装置１０１からの発電計画情報及び森林植林伐採管理装置３００からの山林地区の植林と伐採状況情報に基いて植林計画を作成しこの植林計画情報を森林植林伐採管理装置３００に入力すると共に、この結果の実施情報を森林植林伐採管理装置３００からフィードバック入力し各当該植林計画の必要な見直しを行い発電計画装置１０１の計画値を満足する植林計画に修正をするか、或いは発電計画装置１０１の計画値自体を現状に見合う値に変更する植林計画装置１０２と、発電計画装置１０１からの発電計画情報及び森林植林伐採管理装置３００からの山林地区の植林と伐採状況情報に基いて伐採計画を作成し、この伐採計画情報を森林植林伐採管理装置３００に入力すると共に、この結果の実施情報を森林植林伐採管理装置３００からフィードバック入力し各当該伐採計画の必要な見直しを行い発電計画装置１０１の計画値を満足する伐採計画に修正をするか、或いは発電計画装置１０１の計画値自体を現状に見合う値に変更する伐採計画装置１０３とを有し、
前記森林資源バイオマス発電装置２００は、森林資源発電管理装置３００からの発電計画内容に基いて連携運転される事前処理装置２１０と燃焼キルン２２０と高温蒸気による蒸気発電装置２３０とから構成し、又は事前処理装置２１０と燃料ガス発生装置２４０とガスエンジン２５０と発電機２６０とから構成して、その実行結果の情報を森林資源発電管理装置３００にフィードバックすることを特徴とする森林資源バイオマス発電システム。

本発明の森林資源バイオマス発電システムは、地球環境を良好に維持しながら、原料の森林資源を得るための森林生産システムと植林システム及び森林資源を利用する発電システムとを適切に有機的にリンクして長期にわたり安定した森林資源バイオマス発電とそれを継続維持するための森林資源供給を可能にしたものである。

本発明の森林資源バイオマス発電システムの全体を示すシステムフロー説明図である。 森林資源バイオマス発電システムにおいて、森林資源発電管理装置１００と森林資源バイオマス発電装置２００と森林植林伐採管理装置３００の詳細フローを示すブロック線図である。

本発明の森林資源バイオマス発電システムにおいて、前記森林資源バイオマス発電装置２００については、実施例に記載した例に限定されることはない。したがって森林資源状況や給電事情などに応じて森林資源から副産物を回収活用しながら発電する事前処理装置、燃焼装置、発電装置を適宜適切に選択採用することが可能な優れた発電システムである。
又本発明において、森林資源とは、当該山林地域の樹木を主とするが、当該山林地域の樹木間に生息する間伐用樹木、雑木及び下草も含めていう。
本発明の森林資源バイオマス発電システムを実施する形態を、次の実施例と共に詳細に説明する。

図１に本発明の森林資源バイオマス発電システム例の全体システムフローを示す。
図１において、森林資源バイオマス発電システムは、複数の森林資源供給山林地域Ａ群〜Ｎ群を有し、この山林地域からの植林及び伐採に関する情報を収集入力してその管理をする森林植林伐採管理装置３００と、森林植林伐採管理装置３００に森林資源発電に必要な森林資源供給情報を送信して森林資源バイオマス発電装置２００の発電管理をする森林資源発電管理装置１００とから構成してなる。

森林資源供給山林地域Ａ群〜Ｎ群は、１０年サイクルで植林更新と伐採を行い各年毎に必要とする森林資源を常に安定生産し供給する。
またこの山林地域以外に予備山林地区も常備して主に非常時或いは自然災害時に備える。
更に、日々の或いは月毎や年毎の混合燃焼用（混焼用）、予備用、補助用、非常時用等に供給する調整用の貯留場として、高速道路や幹線道沿い雑草からの刈り入れ草木や牧草を貯留するドラム型ラップ巻き貯留場、サイロ等を常設して、森林資源バイオマス発電装置２００の更なる安定稼動を維持管理する。

図２に森林資源発電管理装置１００と森林資源バイオマス発電装置２００と森林植林伐採管理装置３００の制御管理フローを紹介する。
図２において、森林資源発電管理装置１００は、発電計画装置１０１と植林計画装置１０２と伐採計画装置１０３とを有する。

発電計画装置１０１は、森林植林伐採管理装置３００からの植林状況と伐採状況に応じて、年間単位、月別単位、日別単位に、時間単位などの発電計画内容を植林計画装置１０２と伐採計画装置１０３に送信する。
さらに発電計画装置１０１は、当該発電計画内容に基き森林資源バイオマス発電装置２００の発電制御の実行指令とその実行結果のフィードバック情報を入力し実行指令値の修正（計画値の修正）管理をする。

植林計画装置１０２は、発電計画装置１０１からの発電計画情報及び森林植林伐採管理装置３００からの山林地区の植林と伐採状況情報に基いて年間単位、月別単位、日別単位に、時間単位などにおける植林計画を作成して、この植林計画情報を森林植林伐採管理装置３００に入力すると共に、この結果の実施情報を森林植林伐採管理装置３００からフィードバック入力し各当該植林計画の必要な見直しを行い発電計画装置１０１の計画値を満足する植林計画に修正をするか、或いは発電計画装置１０１の計画値自体を現状に見合う値に変更する。

伐採計画装置１０３は、発電計画装置１０１からの発電計画情報及び森林植林伐採管理装置３００からの山林地区の植林と伐採状況情報に基いて、年間単位、月別単位、日別単位に、時間単位などにおける伐採計画を作成し、この伐採計画情報を森林植林伐採管理装置３００に入力すると共に、この結果の実施情報を森林植林伐採管理装置３００からフィードバック入力し各当該伐採計画の必要な見直しを行い発電計画装置１０１の計画値を満足する伐採計画に修正をするか、或いは発電計画装置１０１の計画値自体を現状に見合う値に変更する。

森林植林伐採管理装置３００は、植林実行管理部３００−１と伐採実行管理部３００−２と調整用草木管理部３００−３と、これらとの連携で運行管理する山林地区管理部３０１と、山林地区管理部３０１との連携で操作される山林管理情報入力装置３０２と、更に植林搬送手段３０３−１に搬送指令しその結果をフィードバック入力する植林搬送制御装置３０３と、伐採材等の搬送手段３０４−１に搬送指令しその結果をフィードバック入力する伐採材等の搬送制御装置３０４を有して、これらからの各実行情報をフィードバック情報として森林資源発電管理装置１００に入力する。

前記山林管理情報入力装置３０２は、森林資源供給山林地域Ａ群〜Ｎ群及び予備山林地区別に植林及び伐採に関する情報項目として、各山林地域の土壌・地力情報、年間の気温変化パターン、降水変化パターン、降雪変化パターン等の気候状況、植林の種類と量、種類別成長状況を収集入力設定して記憶しながら更新しこれらを山林地区管理部３０１に逐次入力する。

植林実行管理部３００−１と伐採実行管理部３００−２と調整用草木管理部３００−３は、森林資源発電管理装置１００からの当該植林計画情報と伐採計画情報とに基いて山林地区管理部３０１に把握されている森林資源供給山林地域Ａ群〜Ｎ群及び予備山林地区別の植林及び伐採状況に応じて実行対象山林の選択を行い当該実行項目を実行指令する。

山林地区管理部３０１は、前記植林実行管理部３００−１と伐採実行管理部３００−２と調整用草木管理部３００−３からの指令により当該実行項目を実行して管理している山林地区別の現状を逐次更新管理すると同時に、この更新情報を、植林実行管理部３００−１と伐採実行管理部３００−２と調整用草木管理部３００−３を介して植林計画装置１０２と伐採計画装置１０３にフィードバック情報として入力する。

この他に森林植林伐採管理装置１００は、調整用の貯留場としての前記ドラム型ラップ巻き貯留場およびサイロの貯留情報を森林資源発電管理装置３００に入力して、本発明で定義する森林資源の他に備蓄している沿線沿いの刈り取り草木或いは牧草等の混焼活用を行う。

森林資源バイオマス発電装置２００は、森林資源発電管理装置３００からの計画値に基いて森林資源の事前処理から発電と電力供給及びこれらの副産物を回収しながらの有効活用処理を連続的に行う。

即ち、森林資源バイオマス発電装置２００は、事前処理装置２１０で乾燥した森林伐採材を燃焼キルン２２０で燃焼し、燃焼する熱エネルギーで水を加熱して蒸気とし、この蒸気を蒸気発電装置２３０に供給して蒸気発電装置２３０の蒸気タービンを駆動させ発電機を回転駆動し発電する一方燃焼キルン２２０からの燃焼排ガスを事前処理装置２１０に乾燥用ガスとして供給する。

または森林資源バイオマス発電装置２００は、事前処理装置２１０で乾燥した森林伐採材を粉砕してチップ化し、このチップを燃料ガス発生装置２４０により炭化して回収するとともに、発生するＣＯなどの燃料ガスをガスエンジン２５０に燃料ガスとして供給して駆動させ，同ガスエンジン２５０で発電機２６０を回転駆動し発電する。

この森林資源バイオマス発電装置２００は、森林資源発電管理装置３００からの年間単位、月別単位、日別単位に、時間単位などの前記発電計画内容に基く実行指令値により、事前処理装置２１０と燃焼キルン２２０と蒸気発電装置２３０の単数連組或いは複数連組をローテーション稼働させての発電制御を行う。或いは事前処理装置２１０と燃料ガス発生装置２４０とガスエンジン２５０と発電機２６０の単数連組或いは複数連組をローテーション稼働させての発電制御を行う。その実行結果の情報は、全て森林資源発電管理装置３００にフィードバックする。

事前処理装置２１０と燃焼キルン２２０或いは燃料ガス発生装置２４０の駆動電源には、電力情勢及び電力行政等に応じて、蒸気発電装置２３０或いは発電機２６０からの電力を或いは外部電力を適宜利用して稼働させる。

事前処理装置２１０は、森林資源発電管理装置３００からの計画値に基いて、当該山林地域の森林資源や刈り入れ草木やサイロなどからの牧草を前記伐採材等の搬送制御装置により運行管理される伐採材等の搬送手段によりタイムリーに逐次搬入して、伐採木材と雑木、草などの樹木選別と、樹木のチップ化をし、次にこれらを燃焼キルン２２０からの燃焼排ガス或いは発生装置２４０からの廃熱などで乾燥を行う。

燃焼キルン２２０は、横型、縦型など現在開発されている燃焼キルンを適宜採用すればよく特定されるものではない。燃焼キルン２２０は、当該発電計画に基いて、蒸気発電装置２３０又は外部電現からの電力を受けて事前処理装置２１０及び蒸気発電装置２３０と連動して運転し事前処理装置２１０からのチップ及び／又は、刈り入れ草木やサイロなどからの牧草を受けて燃焼して蒸気を生成して、その蒸気を蒸気発電装置２３０に連続的に供給すると共に燃焼灰を適宜に掻き出しセメント原料或いは肥料として貯蔵され週間単位などで加工出荷する。また生成した燃焼ガスは、事前処理装置２１０に乾燥用ガスとして全量を供給する。

蒸気発電装置２３０は、燃焼キルン２２０からの蒸気を導入して蒸気タービンを回転させて好ましくは発電する。蒸気タービンで発電した電力は電力情勢及び電力行政等に応じて全量売電供給したり、一部を前記燃焼キルン２２０、事前処理装置２１０の要所に安定供給する。蒸気発電装置２３０は、森林資源発電管理装置３００からの年間単位、月別単位、日別単位に、時間単位などの発電計画に基いて安定制御する。

燃料ガス発生装置２４０は、適宜なサイズにした森林伐採材を蒸し焼きするものである。ガスエンジン２５０はその種類は問わない、適宜な公知のガスエンジンであればよい。

このように本実施例の森林資源バイオマス発電システムは、地球環境を良好に維持しながら森林資源および前記草木や牧草等を有効活用すると共にサイクリックに森林を効率よく植林再生して計画的に伐採して、森林資源バイオマス発電の活用効果を最大限に得るものである。

本発明の森林資源バイオマス発電システムは、前記の効果に記載の如く優れた効果を呈するものである。このため森林資源育成産業、及び森林バイオマス発電産業、更にはこれらからの副産物活用産業界等に貢献すること多大なものがある。

Ａ群〜Ｎ：群山林地域
１００：森林植林伐採管理装置
２００：森林資源バイオマス発電装置
２１０：事前処理装置
２２０：燃焼キルン
２３０：蒸気発電装置
２４０：燃料ガス発生装置
２５０：ガスエンジン
２６０：発電機
３００：森林資源発電管理装置

Claims (2)

1. 複数の森林資源供給山林地域を有し、森林資源供給山林地域の森林資源から副産物を回収活用しながら発電する森林資源バイオマス発電装置（２００）と、前記山林地域の植林及び伐採に関する実行とその管理をする森林植林伐採管理装置（３００）と、森林資源発電計画に基いて植林計画と伐採計画を行い森林植林伐採管理装置（３００）に森林資源発電に必要な植林と伐採要求情報を送信しながら森林資源バイオマス発電装置（２００）の発電管理をする森林資源発電管理装置（１００）とからなることを特徴とする森林資源バイオマス発電システム。
2. 前記森林植林伐採管理装置（３００）は、植林実行管理部（３００−１）と伐採実行管理部（３００−２）と調整用草木管理部（３００−３）と、これらとの連携で運行管理する山林地区管理部（３０１）と、山林地区管理部（３０１）との連携で操作される山林管理情報入力装置（３０２）と、植林搬送手段（３０３−１）に搬送指令しその結果をフィードバック入力する植林搬送制御装置（３０３）と、伐採材等の搬送手段（３０４−１）に搬送指令しその結果をフィードバック入力する伐採材等の搬送制御装置（３０４）を有して、これらからの各実行情報をフィードバック情報として森林資源発電管理装置（１００）に入力し、
   前記森林資源発電管理装置（１００）は、森林植林伐採管理装置（３００）からの植林状況と伐採状況に応じて発電計画内容を作成しこれを植林計画装置（１０２）と伐採計画装置（１０３）に送信する発電計画装置（１０１）と、発電計画装置（１０１）からの発電計画情報及び森林植林伐採管理装置（３００）からの山林地区の植林と伐採状況情報に基いて植林計画を作成しこの植林計画情報を森林植林伐採管理装置（３００）に入力すると共に、この結果の実施情報を森林植林伐採管理装置（３００）からフィードバック入力し各当該植林計画の必要な見直しを行い発電計画装置（１０１）の計画値を満足する植林計画に修正をするか、或いは発電計画装置（１０１）の計画値自体を現状に見合う値に変更する植林計画装置（１０２）と、発電計画装置（１０１）からの発電計画情報及び森林植林伐採管理装置（３００）からの山林地区の植林と伐採状況情報に基いて伐採計画を作成し、この伐採計画情報を森林植林伐採管理装置（３００）に入力すると共に、この結果の実施情報を森林植林伐採管理装置（３００）からフィードバック入力し各当該伐採計画の必要な見直しを行い発電計画装置（１０１）の計画値を満足する伐採計画に修正をするか、或いは発電計画装置（１０１）の計画値自体を現状に見合う値に変更する伐採計画装置１０３とを有し、
   前記森林資源バイオマス発電装置（２００）は、森林資源発電管理装置（３００）からの発電計画内容に基いて連携運転される事前処理装置（２１０）と燃焼キルン（２２０）と高温蒸気による蒸気発電装置（２３０）とから構成し、又は事前処理装置（２１０）と燃料ガス発生装置（２４０）とガスエンジン（２５０）と発電機（２６０）とから構成して、その実行結果の情報を森林資源発電管理装置（３００）にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の森林資源バイオマス発電システム。

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