JP7492355B2 - 発電システム、および移動電源車両 - Google Patents

Description

本開示は、発電システム、および移動電源車両に関する。

緊急災害時に停電が発生した地域においては、荷台に搭載されるコンテナ内に発電設備が設置される移動電源車両が使用されることがある。特許文献１には、従来のガソリン、ディーゼル、灯油に代えて、災害時でも入手しやすいＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）を燃料とする移動電源車両が開示されている。

特開２０１８－１９０６０６号公報

しかしながら、燃料の持続的な供給のために、現地まで継続的に燃料を運搬する必要があるという問題があった。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、移動体に搭載可能かつ原料を現地で調達することができる発電システム、および当該発電システムを搭載した移動電源車両を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の発電システムは、移動体に搭載され、バイオマス原料から電気エネルギーを生成するエネルギー生成ユニットと、前記移動体の外部に配置される前記バイオマス原料を、前記エネルギー生成ユニットまで搬送する原料供給ユニットと、前記エネルギー生成ユニットおよび前記原料供給ユニットの駆動を制御する制御ユニットと、を備える。

発電システムの望ましい態様として、前記原料供給ユニットは、前記移動体の内部に収容される状態と、一部が前記移動体の外部に突出する状態とで変形可能である。

発電システムの望ましい態様として、前記制御ユニットは、前記バイオマス原料の種類に対応する前記エネルギー生成ユニットおよび前記原料供給ユニットの少なくともいずれかの駆動条件を含む複数のモードを予め記憶し、設定されたモードに基づいて、前記エネルギー生成ユニットおよび前記原料供給ユニットの少なくともいずれかを制御する。

発電システムの望ましい態様として、前記エネルギー生成ユニットは、前記バイオマス原料から電気エネルギーを生成する過程において発生する熱エネルギーを回収する。

発電システムの望ましい態様として、前記エネルギー生成ユニット、前記原料供給ユニット、および制御ユニットに電力を供給するグリッドユニットを備える。

発電システムの望ましい態様として、前記制御ユニットは、バイオマス原料の供給量および供給速度の少なくともいずれかを制御する。

発電システムの望ましい態様として、前記原料供給ユニットは、前記移動体に設けられ、前記エネルギー生成ユニットに前記バイオマス原料を供給する下流搬送機と、少なくとも一部が前記下流搬送機に対して移動可能であって、前記下流搬送機に前記バイオマス原料を供給する上流搬送機と、を含む。

発電システムの望ましい態様として、前記エネルギー生成ユニットは、前記バイオマス原料を熱処理することによって可燃性ガスを生成するガス化炉と、前記可燃性ガスを燃料として電気エネルギーを生成するガス発電装置と、を含む。

発電システムの望ましい態様として、前記ガス化炉は、熱処理後の前記バイオマス原料を揺動により粉砕する火格子を備え、前記制御ユニットは、前記火格子の揺動速度および揺動周期の少なくともいずれかを制御する。

発電システムの望ましい態様として、前記制御ユニットは、前記ガス化炉に供給する空気の供給量および供給速度の少なくともいずれかを制御する。

本開示によれば、移動体に搭載可能かつ原料を現地で調達することができる。

図１は、実施形態に係る発電システムの構成を模式的に示す図である。 図２は、エネルギー生成ユニットの一例を模式的に示す図である。 図３は、発電システムの制御ブロック図である。

以下に、本開示に係る発電システムについて実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態の記載に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態における構成要素は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。以下の実施形態では、本開示に係る発電システムの実施形態を例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略する。

（実施形態）
［システムの構成］
図１は、実施形態に係る発電システム１の構成を模式的に示す図である。発電システム１は、バイオマス原料から電気エネルギーＥＥを少なくとも含むエネルギーＥを生成するシステムである。バイオマス原料は、農作物、家畜の糞尿、生ごみ、木材等を含む。バイオマス原料は、実施形態において、例えば木質バイオマスである。木質バイオマスは、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、バーク（樹皮）、端材、背板等の残廃材、建築廃材、建築解体材等の産業廃棄物等を含む。以下の説明において、木質バイオマスは、３ｃｍ以上８ｃｍ以下程度のサイズが所定の割合で混在する木質チップＢとして説明する。

発電システム１は、移動体１００に搭載可能である。移動体１００は、実施形態において、荷台１０１を有するトラック等の車両である。発電システム１は、実施形態において、荷台１０１に搭載されたコンテナ１０２の内部に収容される。発電システム１は、実施形態において、原料供給ユニット１０と、エネルギー生成ユニット５０と、グリッドユニット８０と、制御ユニット９０と、を備える。

原料供給ユニット１０は、移動体１００の外部に配置された木質チップＢを、エネルギー生成ユニット５０の原料供給口（図２のガス化炉６０の供給口６１を参照）まで搬送するユニットである。木質チップＢを搬送する供給経路の下流端は、エネルギー生成ユニット５０の原料供給口の上方または内部に設けられる。

原料供給ユニット１０は、供給経路の少なくとも一部が変形可能である。より詳しくは、原料供給ユニット１０は、移動体１００の移動中において、移動体１００の内部に収容される。原料供給ユニット１０は、木質チップＢを供給している状態において、供給経路の上流端を含む一部が移動体１００の外部に突出する。原料供給ユニット１０は、実施形態において、下流搬送機２０と、第１上流搬送機３０と、第２上流搬送機４０と、を含む。

下流搬送機２０は、木質チップＢの供給経路の一部を含む。下流搬送機２０は、実施形態において、移動体１００に対して位置が固定されて設けられる。下流搬送機２０は、第１上流搬送機３０の下流側かつエネルギー生成ユニット５０の上流側に配置される。下流搬送機２０は、第１上流搬送機３０から木質チップＢを受け取る。下流搬送機２０は、エネルギー生成ユニット５０の原料供給口（図２のガス化炉６０の供給口６１を参照）へ木質チップＢを投入する。下流搬送機２０は、実施形態において、スクリューコンベアである。下流搬送機２０は、ケーシング２１と、シャフト２２と、スクリューフィン２３と、スクリュー駆動部２４と、を含む。

ケーシング２１は、シャフト２２およびスクリューフィン２３を収容する円筒形状である。ケーシング２１は、内部に木質チップＢの供給経路の一部を含む。ケーシング２１は、実施形態において、長手方向が水平面に対して傾斜して設けられる。ケーシング２１は、実施形態において、木質チップＢの供給経路の下流端が、上流端より高い位置に設けられる。

シャフト２２は、ケーシング２１の長手方向に沿って設けられる。シャフト２２の軸心は、ケーシング２１の円筒形状の軸心と同一である。シャフト２２は、ケーシング２１に対して軸回りに回動自在に設けられる。シャフト２２は、スクリュー駆動部２４から出力される回転駆動力によって回動する。

スクリューフィン２３は、シャフト２２の外周に螺旋状に固定して設けられる。スクリューフィン２３がシャフト２２の軸心回りに回動することによって、軸心方向に推力が発生する。

スクリュー駆動部２４は、シャフト２２を軸心回りに回動させる回転駆動力を出力する。スクリュー駆動部２４は、後述の制御ユニット９０からの制御信号に基づいて、シャフト２２を軸心回りに回動させる。

ケーシング２１は、長手方向の一端部に、受入口２５を有する。ケーシング２１は、長手方向の他端部に、排出口２６を有する。ケーシング２１は、受入口２５から木質チップＢを受け入れる。木質チップＢは、スクリュー駆動部２４の回転駆動力によりシャフト２２を介して回動するスクリューフィン２３によって発生する推力によって、受入口２５から排出口２６へ向かってケーシング２１の内部を搬送される。

第１上流搬送機３０は、木質チップＢの供給経路の一部を含む。第１上流搬送機３０は、第２上流搬送機４０の下流側かつ下流搬送機２０の上流側に配置される。第１上流搬送機３０は、第２上流搬送機４０から木質チップＢを受け取る。第１上流搬送機３０は、下流搬送機２０の受入口２５へ木質チップＢを投入する。第１上流搬送機３０は、実施形態において、ベルトコンベアである。第１上流搬送機３０は、第１ヘッドプーリ３１と、第１テールプーリ３２と、第１ベルト３３と、第１ベルト駆動部３４と、を含む。

第１ヘッドプーリ３１は、第１上流搬送機３０において、木質チップＢの供給経路の下流端側に配置される。第１ヘッドプーリ３１は、下流搬送機２０の受入口２５より高い位置に設けられる。第１ヘッドプーリ３１は、水平面に平行な軸心回りに回動する。第１ヘッドプーリ３１は、第１ベルト駆動部３４から出力される回転駆動力によって回動する。

第１テールプーリ３２は、第１上流搬送機３０において、木質チップＢの供給経路の上流端側に配置される。第１テールプーリ３２は、実施形態において、第１ヘッドプーリ３１より低い位置に設けられる。第１テールプーリ３２は、水平面に平行かつ第１ヘッドプーリ３１の軸心に平行な軸心回りに回動する。

第１ベルト３３は、第１ヘッドプーリ３１と第１テールプーリ３２との間に掛け回される無端のベルトである。第１ベルト３３の上面は、木質チップＢを搬送する搬送面である。第１ヘッドプーリ３１が軸心回りに回動することによって、第１ベルト３３は、第１ヘッドプーリ３１および第１テールプーリ３２の周りを移動する。第１ヘッドプーリ３１および第１テールプーリ３２の間には、第１ベルト３３の弛みを抑制するための複数のローラが設けられていてもよい。

第１ベルト駆動部３４は、第１ヘッドプーリ３１を軸心回りに回動させる回転駆動力を出力する。第１ベルト駆動部３４は、後述の制御ユニット９０からの制御信号に基づいて、第１ヘッドプーリ３１を軸心回りに回動させる。

第２上流搬送機４０は、木質チップＢの供給経路の一部を含む。第２上流搬送機４０は、下流搬送機２０に対して移動可能である。第２上流搬送機４０は、移動体１００の外部に配置された木質チップＢの下流側かつ第１上流搬送機３０の上流側に配置される。第２上流搬送機４０は、移動体１００の外部から木質チップＢを受け取る。第２上流搬送機４０は、第１上流搬送機３０の第１ベルト３３の上面へ木質チップＢを搬送する。第２上流搬送機４０は、実施形態において、ベルトコンベアである。第２上流搬送機４０は、第２ヘッドプーリ４１と、第２テールプーリ４２と、第２ベルト４３と、第２ベルト駆動部４４と、収容駆動部４５と、を含む。

第２ヘッドプーリ４１は、第２上流搬送機４０において、木質チップＢの供給経路の下流端側に配置される。第２ヘッドプーリ４１は、第１上流搬送機３０の第１テールプーリ３２より高い位置に設けられる。第２ヘッドプーリ４１は、水平面に平行な軸心回りに回動する。第２ヘッドプーリ４１は、第２ベルト駆動部４４から出力される回転駆動力によって回動する。

第２テールプーリ４２は、第２上流搬送機４０において、木質チップＢの供給経路の上流端側に配置される。第２テールプーリ４２は、第２ヘッドプーリ４１より低い位置に設けられる。第２テールプーリ４２は、水平面に平行かつ第２ヘッドプーリ４１の軸心に平行な軸心回りに回動する。第２テールプーリ４２は、実施形態において、第２ヘッドプーリ４１に対して支持される。第２テールプーリ４２は、実施形態において、収容駆動部４５から出力される駆動力によって、第２ヘッドプーリ４１の軸心回りに揺動する。第２テールプーリ４２は、移動体１００の移動中において、移動体１００の内部に収容される。第２テールプーリ４２は、木質チップＢを供給している状態において、供給経路の上流端を含む一部が移動体１００の外部に突出する。

第２ベルト４３は、第２ヘッドプーリ４１と第２テールプーリ４２との間に掛け回される無端のベルトである。第２ベルト４３の上面は、木質チップＢを搬送する搬送面である。第２ヘッドプーリ４１が軸心回りに回動することによって、第２ベルト４３は、第２ヘッドプーリ４１および第２テールプーリ４２の周りを移動する。第２ヘッドプーリ４１および第２テールプーリ４２の間には、第２ベルト４３の弛みを抑制するための複数のローラが設けられていてもよい。

第２ベルト駆動部４４は、第２ヘッドプーリ４１を軸心回りに回動させる回転駆動力を出力する。第２ベルト駆動部４４は、後述の制御ユニット９０からの制御信号に基づいて、第２ヘッドプーリ４１を軸心回りに回動させる。

収容駆動部４５は、第２テールプーリ４２を第２ヘッドプーリ４１の軸心回りに揺動させる回転駆動力を出力する。収容駆動部４５は、後述の制御ユニット９０からの制御信号に基づいて、第２テールプーリ４２を第２ヘッドプーリ４１の軸心回りに揺動させる。原料供給ユニット１０は、収容駆動部４５が第２テールプーリ４２を揺動させることによって、第２テールプーリ４２および第２ベルト４３の一部を、移動体１００の内部に収容させる状態と、移動体１００の外部に突出させる状態とで変形可能である。

エネルギー生成ユニット５０は、木質チップＢを原料として、電気エネルギーＥＥを少なくとも含むエネルギーＥを生成するユニットである。エネルギー生成ユニット５０は、原料供給ユニット１０の上流側に配置される。エネルギー生成ユニット５０は、原料供給ユニット１０から木質チップＢが供給される。エネルギー生成ユニット５０は、実施形態において、下流搬送機２０の排出口２６から投入された木質チップＢを受け入れる。

図２は、エネルギー生成ユニット５０の一例を模式的に示す図である。エネルギー生成ユニット５０は、実施形態において、木質チップＢを熱化学的変換させることによって発生させた可燃性ガスＧを用いて発電を行う。エネルギー生成ユニット５０は、実施形態において、ガス化炉６０と、ガス発電装置７０と、を含む。

ガス化炉６０は、実施形態において、木質バイオマスを不完全燃焼させることによって発電等に利用する可燃性ガスＧを生成する、固定床ダウンドラフト方式のガス化炉である。ガス化炉６０は、平面視における外周を炉壁によって囲まれる筒形状である。ガス化炉６０は、供給口６１と、吸気口６２と、反応部６３と、火格子６４と、排出口６５と、排気口６６と、ポンプ６７と、を含む。

供給口６１は、原料である木質チップＢを受け入れる。図１に示す原料供給ユニット１０に搬送された木質チップＢは、供給口６１を介して、ガス化炉６０の炉壁に囲まれた内部へ導入される。供給口６１は、実施形態において、ガス化炉６０の筒形状の上端部である開口部である。

吸気口６２は、空気Ａｉｒを受け入れる。空気Ａｉｒは、実施形態において、外気である。空気Ａｉｒは、吸気口６２を介して、ガス化炉６０の炉壁に囲まれた内部へ導入される。吸気口６２は、実施形態において、ガス化炉６０の筒形状の上端部である開口部である。

反応部６３では、木質チップＢを熱化学的変換させることによって、可燃性ガスＧを生成する。反応部６３は、例えば、所定箇所の温度によって燃焼状態を管理される。反応部６３内の燃焼状態は、通気させる空気Ａｉｒ量で調整可能である。反応部６３内に供給された木質チップＢは、反応部６３で上から順に、乾燥層６３１、熱分解層６３２、酸化層６３３、還元層６３４に分かれている。反応部６３は、上方から下方へ向かう空気Ａｉｒの流れが形成されているため、燃焼および熱が伝播する方向は、上方から下方へ向かう方向である。

乾燥層６３１では、供給口６１投入された木質チップＢが堆積される。乾燥層６３１では、例えば６０℃以上２００℃以下程度の温度下で、木質チップＢが空気Ａｉｒの通気によって乾燥する。

熱分解層６３２では、例えば２００℃以上６００℃以下程度の熱で木質チップＢが分解される。具体的には、熱分解層６３２では、木質チップＢが、ＣＨ_４（メタン）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ_２（二酸化炭素）、Ｈ_２（水素）、Ｈ_２Ｏ（水）、Ｃ（炭素化した残渣）、タール、灰分等に熱分解される。

酸化層６３３では、例えば６００℃以上１３００℃以下程度の温度下で、熱分解された木質チップＢが不完全燃焼される。具体的には、可燃物であるＣ、タール、Ｈ_２、ＣＯ等が、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等に部分酸化される。

還元層６３４では、例えば６００℃以上８００℃以下程度の温度下で、ＣがＣＯ_２またはＨ_２Ｏと反応したり、ＣＨ_４がＨ_２Ｏと反応したりすることで、ＣＯおよびＨ_２等の可燃性ガスＧが生成される。可燃性ガスＧは、反応部６３の上方から下方へ形成される空気Ａｉｒの流れによって、反応部６３の下端に設けられる火格子６４を通過して、排気口６６からガス化炉６０外に排出される。

反応部６３では、木質チップＢが燃焼につれて体積が減少していく。このため、反応部６３は、新たな木質チップＢを上方の供給口６１から供給して、下方へと自重を利用して移動させる仕組みになっている。反応部６３は、下端部が火格子６４を介して排出口６５および排気口６６に連通する。

火格子６４は、反応部６３の下端部に設けられる。火格子６４は、例えば、鉛直軸回りに回動可能な回転火格子を含む。火格子６４は、例えば所定の周期で揺動することによって、火格子６４の上面に堆積した木質チップＢを破砕する。火格子６４は、後述の制御ユニット９０からの制御信号に基づいて駆動する。火格子６４は、粉砕した木質チップＢおよび燃焼により小さくなったまたは灰化した木質チップＢを通過させて、残渣Ｄとして下方の排出口６５へ落下させる。

排出口６５は、火格子６４より下方に設けられる。排出口６５は、火格子６４を通過した残渣Ｄを、ガス化炉６０の外部へ排出する。残渣Ｄを回収するため、排出口６５の下流には、例えば、現地で調達可能なドラム缶等に排出する灰出し装置等を配置してもよい。

排気口６６は、実施形態において、火格子６４より下方に設けられる。排気口６６は、反応部６３における木質チップＢに熱化学的変換によって発生した可燃性ガスＧを、ガス化炉６０の外部へ排出する。排気口６６は、ガス発電装置７０に接続される。可燃性ガスＧは、ガス発電装置７０に送出される。

ポンプ６７は、実施形態において、排気口６６の下流に設けられる。ポンプ６７は、排気口６６を介してガス化炉６０内の空気Ａｉｒを吸引することによって、反応部６３に上方から下方へ向かう空気Ａｉｒの流れを形成する。ポンプ６７は、後述の制御ユニット９０からの制御信号に基づいて駆動する。

なお、反応部６３において、上方から下方へ向かう空気Ａｉｒの流れを形成するものであれば、実施形態の構成に限定されない。例えば、空気Ａｉｒの流れを作るための吸引口を、可燃性ガスＧを排出する排気口６６と別に設けてもよいし、吸引路の途中で可燃性ガスＧの排気路を分岐させるように設けてもよい。また、排気口６６は、反応部６３の還元層６３４の下部に設けられてもよい。

また、排気口６６の下流には、可燃性ガスＧに含まれている微小な飛灰等を捕らえるフィルタが設けられていてもよい。また、排気口６６の下流には、可燃性ガスＧをガス発電装置７０に送給せず排出するための切換弁が設けられてもよい。切換弁は、例えば、排気口６６の下流に設けられた可燃性ガスＧの成分を検査する検査装置による検査結果に基づいて、操作または制御されてもよい。切換弁は、例えば、燃焼開始からの燃焼時間に基づいて、操作または制御されてもよい。切換弁は、例えば、排気口６６の下流に設けられた可燃性ガスＧの温度を測定する測定装置による測定結果に基づいて、操作または制御されてもよい。

ガス発電装置７０は、ガス化炉６０において発生した可燃性ガスＧを燃料として電気エネルギーＥＥを生成する。実施形態のガス発電装置７０は、可燃性ガスＧを燃料として、電気エネルギーＥＥを生成する過程において発生する温水ＨＷおよび蒸気Ｓｔを含む熱エネルギーＨＥを回収する。すなわち、実施形態のガス発電装置７０は、温水ＨＷおよび蒸気Ｓｔを含む熱エネルギーＨＥと、電気エネルギーＥＥと、を含むエネルギーＥを生成する。ガス発電装置７０は、実施形態において、ガスエンジン７１と、発電装置７２と、を含む。

ガスエンジン７１は、ガスを燃料として使用する往復動機関である。ガスエンジン７１は、実施形態において、ガス化炉６０から供給された可燃性ガスＧを燃焼させる。ガスエンジン７１は、まず、可燃性ガスＧの燃焼によって得られた熱エネルギーを作動流体の圧力としてピストンの往復運動に変換する。ガスエンジン７１は、ピストンの往復運動をクランクの回転運動に変換し、回転駆動力を得る。ガスエンジン７１は、回転駆動力を発電装置７２へ出力する。ガスエンジン７１は、可燃性ガスＧの燃焼により発生した、温水ＨＷおよび排ガスＥＧを排出する。

発電装置７２は、例えば、回転子と、固定子と、を含む発電機である。発電装置７２は、ガスエンジン７１の回転駆動力によって回転子が固定子に対して回転することによって、誘導電流を発生させる。すなわち、発電装置７２では、電気エネルギーＥＥが発生する。

ガスエンジン７１において可燃性ガスＧを燃焼させたことによって発生する排ガスＥＧは、実施形態において、排熱回収ボイラ７５に送出される。排熱回収ボイラ７５は、熱交換器である。排熱回収ボイラ７５は、排ガスＥＧの排熱を利用して、蒸気Ｓｔを発生させる。

図１に示すグリッドユニット８０は、原料供給ユニット１０、エネルギー生成ユニット５０、および制御ユニット９０を起動させるための電力を供給するユニットである。グリッドユニット８０は、原料供給ユニット１０、エネルギー生成ユニット５０、および制御ユニット９０に供給する電力を蓄電するバッテリユニットを含む。バッテリユニットは、エネルギー生成ユニット５０によって発電された電力を一時的に蓄電してもよい。グリッドユニット８０は、送電系統と接続するオングリッドと、送電系統と接続しないオフグリッドと、のいずれでもよい。

［システムの制御構成］
図３は、発電システム１の制御ブロック図である。制御ユニット９０は、発電システム１による処理の制御を行う。制御ユニット９０は、原料供給ユニット１０およびエネルギー生成ユニット５０を制御する。制御ユニット９０は、発電システム１の各部との通信手段としての入出力インターフェース装置を含む。制御ユニット９０は、実施形態において、操作部９１と、表示部９２と、記憶部９３と、演算部９４と、を含む。

操作部９１は、発電システム１の制御のための演算部９４に対する種々の操作を受付可能である。操作部９１は、例えば、原料供給ユニット１０およびエネルギー生成ユニット５０を駆動させる操作を受付可能である。操作部９１は、例えば、記憶部９３に記憶された複数のモードのうち、所定のモードを選択して設定する操作を受付可能である。操作部９１は、受け付けた操作に応じた操作信号を演算部９４へ出力する。図１に示すように、操作部９１は、実施形態において、制御ユニット９０の筐体に設けられるボタンを含むが、演算部９４と有線または無線で接続されるボタンまたはキーボード等の物理的なスイッチ、または表示部９２に設けられたタッチパネルで実現してもよい。

表示部９２は、発電システム１の制御のための種々の映像を表示する。表示部９２は、演算部９４から出力された映像信号に基づいて、映像を表示する。表示部９２は、例えば、原料供給ユニット１０およびエネルギー生成ユニット５０の駆動状態を表示する。表示部９２は、例えば、記憶部９３に記憶される複数のモードの情報を表示する。表示部９２は、実施形態において、制御ユニット９０の筐体に設けられる表示装置を含むが、演算部９４と有線または無線で接続されるパソコンの液晶ディスプレイ等で実現してもよい。

記憶部９３は、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられるデータを記憶している。記憶部９３は、演算部９４の作業領域として用いられ、演算部９４が各種の制御プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。記憶部９３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する記憶装置により実装される。

記憶部９３は、実施形態において、エネルギー生成ユニット５０の原料とする木質チップＢの種類に対応する複数のモードを予め記憶する。各々のモードは、木質チップＢの種類に対応する原料供給ユニット１０およびエネルギー生成ユニット５０の駆動条件を含む。

エネルギー生成ユニット５０の駆動条件は、例えば、ガス化炉６０の火格子６４の揺動速度および揺動周期を含む。火格子６４の揺動速度は、火格子６４が可動方向へ揺動する際の、可動方向の速度である。火格子６４が回転火格子である場合、火格子６４の揺動速度は、軸心回りの角速度である。火格子６４の揺動周期は、所定時間ごとに火格子６４が揺動と停止とを繰り返す場合の所定時間である。

エネルギー生成ユニット５０の駆動条件は、例えば、ガス化炉６０のポンプ６７による空気Ａｉｒの供給量および供給速度を含む。空気Ａｉｒの供給量は、ガス化炉６０の内部に導入された空気Ａｉｒの量である。空気Ａｉｒの供給速度は、ガス化炉６０の内部に導入される空気Ａｉｒの流速である。空気Ａｉｒの供給量および供給速度は、例えば、ガス化炉６０に設けた測定装置によって測定された測定値であってもよいし、ポンプ６７による吸入量および吸入速度に基づいて算出された推定値であってもよい。

原料供給ユニット１０の駆動条件は、例えば、バイオマス原料の供給量および供給速度を含む。バイオマス原料の供給量は、一度にガス化炉６０に一度に供給するバイオマス原料の重量または容積である。バイオマス原料の供給速度は、単位時間当たりに供給するバイオマス原料の重量または容積である。バイオマス原料が木質チップＢである場合、供給量および供給速度は、重量単位で決定することが好ましい。

演算部９４は、記憶部９３に格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行う。演算部９４は、演算部９４は、演算結果にしたがって、入出力インターフェース装置を介して各種制御信号を上述した各構成要素に出力し、発電システム１の制御を行う。演算部９４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む演算処理装置により実装される。

演算部９４は、原料供給ユニット１０を制御する。より詳しくは、演算部９４は、スクリュー駆動部２４の駆動を制御することによって、下流搬送機２０による木質チップＢの搬送量および搬送速度を制御する。また、演算部９４は、第１ベルト駆動部３４の駆動を制御することによって、第１上流搬送機３０による木質チップＢの搬送量および搬送速度を制御する。また、演算部９４は、第２ベルト駆動部４４の駆動を制御することによって、第２上流搬送機４０による木質チップＢの搬送量および搬送速度を制御する。また、演算部９４は、収容駆動部４５の駆動を制御することによって、原料供給ユニット１０の一部（第２上流搬送機４０）を、移動体１００の内部に収容させる状態と、移動体１００の外部に突出させる状態と、の変形を制御する。

演算部９４は、エネルギー生成ユニット５０を制御する。より詳しくは、演算部９４は、火格子６４およびポンプ６７の駆動を制御することによって、ガス化炉６０による可燃性ガスＧの生成量および生成速度を制御する。また、演算部９４は、ガスエンジン７１の駆動を制御することによって、発電装置７２による発電量および発電速度を制御する。

［エネルギーの生成方法］
エネルギーＥの生成を開始する際には、まず、作業者は、グリッドユニット８０から電力を原料供給ユニット１０およびエネルギー生成ユニット５０に供給させる。次に、作業者は、制御ユニット９０の操作部９１を操作して、第２上流搬送機４０の収容駆動部４５を駆動させる。これにより、図１の実線に示すように、原料供給ユニット１０の第２上流搬送機４０の上流端は、移動体１００のコンテナ１０２の外部に突出させる状態に変形する。この際、第２上流搬送機４０の上流端が、移動体１００の外部に配置された木質チップＢの山の内部に侵入するようにする。

次に、作業者は、制御ユニット９０の操作部９１を操作して、原料供給ユニット１０の下流搬送機２０のスクリュー駆動部２４、第１上流搬送機３０の第１ベルト駆動部３４、および第２上流搬送機４０の第２ベルト駆動部４４を駆動させる。これにより、移動体１００の外部に配置された木質チップＢは、エネルギー生成ユニット５０へ搬送される。木質チップＢは、図２に示すガス化炉６０の供給口６１から反応部６３へ投入される。

作業者は、反応部６３の下部に木質チップＢを所定高さまで積み上げた後、制御ユニット９０の操作部９１を操作して、原料供給ユニット１０による搬送駆動を一時的に停止させる。作業者は、反応部６３に積み上げた木質チップＢに着火する。木質チップＢへの着火は、例えば、作業者が火種をガス化炉６０の上端部である開口部から投入してもよいし、周知の着火装置を使用してもよい。着火装置は、制御ユニット９０によって制御可能であってもよい。次に、作業者は、制御ユニット９０の操作部９１を操作して、反応部６３の内部の空気Ａｉｒを排気口６６側から吸引するポンプ６７を駆動させる。これにより、反応部６３の上方から下方へ向かう空気Ａｉｒの流れが形成される。

次に、作業者は、制御ユニット９０の操作部９１を操作して、原料供給ユニット１０による搬送駆動を再開させることによって、ガス化炉６０の供給口６１から木質チップＢをさらに投入し、所定の高さまで木質チップＢを堆積させる。着火された木質チップＢが供給された空気Ａｉｒによって酸化し、熱分解層６３２、酸化層６３３および還元層６３４が構築されると、可燃性ガスＧの生成が開始される。なお、上記では、作業者の作業として説明したが、原料供給ユニット１０による搬送駆動の一時停止および再開、および木質チップＢへの着火は、制御ユニット９０による制御によって自動で行うようにしてもよい。

可燃性ガスＧは、ガス発電装置７０のガスエンジン７１へ送出される。制御ユニット９０は、ガス化炉６０において生成される可燃性ガスＧの成分が所定の条件を満たした場合、または、可燃性ガスＧの生成から所定の時間が経過した場合、可燃性ガスＧをガスエンジン７１へ送出するように制御してもよい。制御ユニット９０は、次に、ガスエンジン７１を駆動して、供給された可燃性ガスＧを燃焼させる。ガスエンジン７１は、可燃性ガスＧの燃焼によって得られた熱エネルギーから変換した回転駆動力を、発電装置７２へ出力する。

発電装置７２は、ガスエンジン７１の回転駆動力に発生した誘導電流を発生させる。ガスエンジン７１は、可燃性ガスＧの燃焼により発生した温水ＨＷおよび排ガスＥＧを排出する。ガスエンジン７１から排出された排ガスＥＧは、排熱回収ボイラ７５に送出される。排熱回収ボイラ７５は、排ガスＥＧの排熱を利用して、蒸気Ｓｔを発生させる。

このように、発電装置７２では、誘導電流による電気エネルギーＥＥを生成する。また、発電システム１は、ガスエンジン７１から排出された温水ＨＷによる熱エネルギーＨＥと、ガスエンジン７１から排出された排ガスＥＧを利用した蒸気Ｓｔによる熱エネルギーＨＥと、をさらに取り出すことができる。

発電システム１によって生成された電気エネルギーＥＥおよび熱エネルギーＨＥは、現地の各種機械装置で使用される。発電装置７２により発電された電力は、グリッドユニット８０に蓄電してもよい。

電気エネルギーＥＥおよび熱エネルギーＨＥの生成を終了した後は、制御ユニット９０の操作部９１を操作して、第２上流搬送機４０の収容駆動部４５を駆動させる。これにより、図１の点線に示すように、原料供給ユニット１０の第２上流搬送機４０の上流端は、移動体１００のコンテナ１０２の内部に収容される状態に変形する。これにより、移動体１００は、コンテナ１０２の内部に発電システム１を収容した状態で、走行可能となる。

以上説明したように、実施形態の発電システム１は、エネルギー生成ユニット５０と、原料供給ユニット１０と、制御ユニット９０と、を備える。エネルギー生成ユニット５０は、移動体１００に搭載され、バイオマス原料（実施形態においては、木質チップＢ）から電気エネルギーＥＥを生成する。原料供給ユニット１０は、移動体１００の外部に配置されるバイオマス原料を、エネルギー生成ユニット５０まで搬送する。制御ユニット９０は、エネルギー生成ユニット５０および原料供給ユニット１０の駆動を制御する。

このように、実施形態の発電システム１は、移動体１００に搭載可能、かつ移動体１００から降ろすことなくエネルギー生成ユニット５０にバイオマス原料を供給することができる。現地で調達可能なバイオマス原料に対応したエネルギー生成ユニット５０を準備することにより、原料を現地で調達しつつ継続的なエネルギーＥの供給が可能であるので、ＢＣＰ（Business Continuity Plan）に対応して継続的な発電を行うことも可能である。また、バイオマス原料による発電は、従来のディーゼル発電機等に比較して、高電圧を出力することができるので、例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータ、トランス等を設けることで、出力電力を適宜選択することもできる。

また、発電システム１において、原料供給ユニット１０は、移動体１００の内部に収容される状態と、一部が移動体１００の外部に突出する状態とで変形可能である。これにより、原料供給ユニット１０を変形して移動体１００の内部に収容させることで、発電が必要とされる現地までの発電システム１の搬送が容易である。また、原料供給ユニット１０を変形して一部を移動体１００の外部に突出させることで、発電時のバイオマス原料の供給が容易である。

また、発電システム１において、制御ユニット９０は、バイオマス原料の種類に対応するエネルギー生成ユニット５０および原料供給ユニット１０の少なくともいずれかの駆動条件を含む複数のモードを予め記憶する。制御ユニット９０は、設定されたモードに基づいて、エネルギー生成ユニット５０および原料供給ユニット１０の少なくともいずれかを制御する。例えば、バイオマス原料が木質チップＢである場合、木質チップＢの材質に対応する駆動条件が選択可能であってもよい。これにより、現地で調達可能なバイオマスに対応して、好適な駆動条件でエネルギーＥの生成を行うことができる。

また、発電システム１において、エネルギー生成ユニット５０は、バイオマス原料から電気エネルギーＥＥを生成する過程において発生する熱エネルギーＨＥを回収する。これにより、熱エネルギーＨＥを利用して、温水ＨＷ、蒸気Ｓｔ、温風等を供給することができる。

また、発電システム１は、エネルギー生成ユニット５０、原料供給ユニット１０、および制御ユニット９０に電力を供給するグリッドユニット８０を備える。これにより、外部電源を使用することなく、発電システム１を単体で起動することができるので、ＢＣＰのみならず、地域全体へのバックアップ対応にも貢献できる。

また、発電システム１において、制御ユニット９０は、バイオマス原料の供給量および供給速度の少なくともいずれかを制御する。これにより、現地で調達可能なバイオマスに対応して、好適な駆動条件でエネルギーＥの生成のための原料供給を行うことができる。

また、発電システム１において、原料供給ユニット１０は、下流搬送機２０と、上流搬送機（第１上流搬送機３０および第２上流搬送機４０）と、を含む。下流搬送機２０は、移動体１００に設けられ、エネルギー生成ユニット５０にバイオマス原料を供給する。上流搬送機は、少なくとも一部が下流搬送機２０に対して移動可能であって、下流搬送機２０にバイオマス原料を供給する。バイオマス原料の供給経路の下流端側に下流搬送機２０を配置することによって、バイオマス原料の供給量および供給速度をより好適に制御することが可能である。

また、発電システム１において、エネルギー生成ユニット５０は、バイオマス原料を熱処理することによって可燃性ガスＧを生成するガス化炉６０と、可燃性ガスＧを燃料として電気エネルギーＥＥを生成するガス発電装置７０と、を含む。バイオマス原料を原料とする場合、可燃性ガスＧによる発電は、バイオマス原料を直接燃焼する方法と比較して、小規模発電でも発電効率を高くすることができる。

また、発電システム１において、ガス化炉６０は、熱処理後のバイオマス原料を揺動により粉砕する火格子６４を備える。制御ユニット９０は、火格子６４の揺動速度および揺動周期の少なくともいずれかを制御する。すなわち、制御ユニット９０は、火格子６４の動きを制御する。これにより、現地で調達可能なバイオマスに対応して、好適な駆動条件で可燃性ガスＧの生成を行うことができる。

また、発電システム１において、制御ユニット９０は、ガス化炉６０に供給する空気Ａｉｒの供給量および供給速度の少なくともいずれかを制御する。すなわち、制御ユニット９０は、ポンプ６７の動きを制御する。これにより、現地で調達可能なバイオマスに対応して、好適な駆動条件で可燃性ガスＧの生成を行うことができる。

なお、各実施形態において説明した各構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施形態内の他の構成と組み合わせてもよい。また、これらの各構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施形態とは異なる他の実施形態内の構成と組み合わせてもよい。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の改変を行ってもよい。

例えば、ガス化炉６０は、実施形態では固定床ダウンドラフト方式を用いるものとして説明しているが、原料を供給する供給口６１と反対側に空気Ａｉｒの吸気口６２を有し、供給口６１側に可燃性ガスＧの排気口６６を有するアップドラフト方式を用いてもよい。また、排出口６５から排出される残渣Ｄに含まれる炭化物を燃焼する燃焼ユニットをさらに備えてもよい。炭化物の燃焼により、熱エネルギーＨＥを得ることができる。

また、エネルギー生成ユニット５０は、現地で調達可能なバイオマス原料が、生物の排泄物、有機質肥料、生分解性物質、汚泥、汚水、生ゴミ等の廃棄物を含む場合、ガス化炉６０の代わりに発酵槽を備えてもよい。この場合、ガス発電装置７０は、発酵槽においてメタン発酵等の生物化学的変換により発生させたメタン等のバイオガスを燃料として、電気エネルギーＥＥを含むエネルギーＥを生成する。

また、エネルギー生成ユニット５０は、ガス発電装置７０において、ガスエンジン７１の代わりにガスタービンを備えてもよい。ガスタービンは、圧縮器と、燃焼器と、タービンと、を含む。ガスタービンは、圧縮器で圧縮した高圧の可燃性ガスＧを燃焼器で燃焼させることで得られた熱エネルギーを、タービンの回転運動に変換し、回転駆動力を得る。

また、エネルギー生成ユニット５０は、ガス化炉６０およびガス発電装置７０代わりにボイラ、蒸気タービンおよび発電装置を備えてもよい。この場合、エネルギー生成ユニット５０は、ボイラにおいて木質チップＢを直接燃焼させることによってボイラ内の水を加熱して蒸気に変換させ、蒸気によってタービン回転させることによって得られた回転駆動力を用いて発電を行う。

１ 発電システム
１０ 原料供給ユニット
２０ 下流搬送機
２１ ケーシング
２２ シャフト
２３ スクリューフィン
２４ スクリュー駆動部
２５ 受入口
２６ 排出口
３０ 第１上流搬送機
３１ 第１ヘッドプーリ
３２ 第１テールプーリ
３３ 第１ベルト
３４ 第１ベルト駆動部
４０ 第２上流搬送機
４１ 第２ヘッドプーリ
４２ 第２テールプーリ
４３ 第２ベルト
４４ 第２ベルト駆動部
４５ 収容駆動部
５０ エネルギー生成ユニット
６０ ガス化炉
６１ 供給口
６２ 吸気口
６３ 反応部
６３１ 乾燥層
６３２ 熱分解層
６３３ 酸化層
６３４ 還元層
６４ 火格子
６５ 排出口
６６ 排気口
６７ ポンプ
７０ ガス発電装置
７１ ガスエンジン
７２ 発電装置
７５ 排熱回収ボイラ
８０ グリッドユニット
９０ 制御ユニット
９１ 操作部
９２ 表示部
９３ 記憶部
９４ 演算部
１００ 移動体
１０１ 荷台
１０２ コンテナ
Ｂ 木質チップ（バイオマス原料）
Ａｉｒ 空気
Ｄ 残渣
Ｇ 可燃性ガス
Ｅ エネルギー
ＥＥ 電気エネルギー
ＨＥ 熱エネルギー
ＨＷ 温水
Ｓｔ 蒸気
ＥＧ 排ガス

Claims (3)

1. バイオマス原料を熱処理することによって可燃性ガスを生成するガス化炉、および前記ガス化炉により生成した前記可燃性ガスを燃料として電気エネルギーを生成するガス発電装置を含み、車両に搭載され、前記車両に搭載された状態でバイオマス原料から電気エネルギーを生成するエネルギー生成ユニットと、
   前記車両の外部に配置される前記バイオマス原料を、前記車両に搭載された前記エネルギー生成ユニットまで搬送する原料供給ユニットと、
   前記エネルギー生成ユニットおよび前記原料供給ユニットの駆動を制御する制御ユニットと、
   を備え、
   前記原料供給ユニットは、
   前記車両に設けられ、前記エネルギー生成ユニットに前記バイオマス原料を供給する下流搬送機と、
   前記車両に設けられ、前記下流搬送機に前記バイオマス原料を供給する第１上流搬送機と
   前記下流搬送機に対して移動可能、かつ前記車両の内部に収容される状態と、前記バイオマス原料の供給経路の上流側の一部が前記車両の外部に突出する状態とで変形可能であって、前記車両の外部に配置された前記バイオマス原料を前記第１上流搬送機に前記バイオマス原料を供給する第２上流搬送機と、
   を含み、
   前記下流搬送機は、前記供給経路の上流端が、下流端より低い位置に位置し、前記第１上流搬送機から受け取った前記バイオマス原料を、前記ガス化炉の上端部に設けられた開口部に投入し、
   前記第１上流搬送機は、前記供給経路の上流端が、下流端より低い位置に位置し、
   前記第２上流搬送機は、前記一部が前記車両の外部に突出する状態において、前記供給経路の上流端が、下流端より低い位置に位置する、
   発電システム。
2. 前記下流搬送機は、スクリューコンベアであり、
   前記第１上流搬送機および前記第２上流搬送機は、ベルトコンベアである、
   請求項１に記載の発電システム。
3. 請求項１または２に記載の発電システムを搭載した、移動電源車両。

Images