利用炭種の拡大に向けて微粉炭粒子の挙動解明に挑む

　世界中の暮らしやビジネスを支える電気の約4割は石炭火力が担っている。世界で石炭の利用が進む理由は、埋蔵量が天然ガスや石油に比べて多く、世界中に広く分布しており安価で安定的に入手できるためだ。

　日本においても発電電力量の約1/4は石炭火力である。年間を通じて一定の出力を維持するベース電源として活用されている石炭火力だが、東京電力福島第一原子力発電所の事故のあと、電力の安定供給と運用コスト削減の観点から再評価する声が高まっている。

　そうした声に応えるべく、発電効率の向上やCO2の排出抑制など、日本が世界に誇る最先端技術のさらなる進化が図られている。これらの技術進歩に加え、今後は燃料の安定確保の観点から、これまで利用されていない低品質の石炭の活用など炭種の拡大が大きな課題となる。

　「従来、発電プラントは経験に基づき運転を行ってきました。しかし、使ったことのない石炭も燃料として利用することが求められる中で、過去の経験だけでは対応が難しいのが現状です。手探りの運転は非効率であり、点検にも多くの時間と手間を要します。また未知のリスクが発電プラントを止める要因となる可能性もあります」と、丹野氏は語る。

　様々な石炭を使うことにより発電所の燃焼炉（ボイラー）の中では何が起きるのか。千数百度のボイラー内における微小な石炭粒子（微粉炭粒子）の挙動を解明する試みに、丹野氏をはじめ6名のプロジェクトチームが挑んでいる。

世界に類を見ない乱流燃焼モデリング炉を開発

研究のための研究ではなく社会に役立つことが大切

　発電所のボイラーを対象に、シミュレーション技術を活用する目的は主に3つあるという。1つめが、未利用燃料の燃焼性の評価と運転条件の最適化の実現だ。新しい燃料による運転調整期間の短縮を図り、早期に発電プラントの安定運転を可能にする。2つめが、トラブルの原因究明や回避方法の模索における活用だ。今まで見えなかった燃焼現象が可視化されることで、新たな「気づき」につながる点も大きなメリットになる。3つめが、燃焼装置の開発期間や開発費の削減だ。燃焼装置の開発は数グラムの燃料を燃焼できる規模から始め、数十グラム、数百グラムと経験的手法に基づき段階を踏んで徐々に数トンスケールまで大きくしていくのだが、シミュレーション技術の活用によりステップ数を短縮できる。

　今回のプロジェクトは、同研究所が微粉炭火力発電技術の研究開発で築き上げてきた35年以上の歴史の上に成り立っていると言えるだろう。その歴史の中では研究を通じて社会に貢献する思いが受け継がれている。「研究者としては流体力学と燃焼反応の相互作用にとても興味があります。また、新しいシミュレーションモデルを世界中の研究者が利用する代表的なモデルにしていきたいという夢もあります。しかし、研究のための研究になってはいけないと考えています。当研究所の存在意義は成果を社会に還元することにあり、私もその一員として使命感と誇りを持って日々の研究に取り組んでいます」と丹野氏は話す。

　電力中央研究所には、独創的かつ類のない設備、それを活用し新たな価値を創造する研究者たがいる。電力の安定供給により人々の豊かな暮しを支えていくために、同研究所の挑戦は続く。