一般機械製品の省エネ現状と動向

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この投稿は、2015年11月17日14時43分にyinkuilin6868によって最終的に編集されました。要約：ポンプ、ファン、圧縮機、乾燥装置などの一般機械製品は、大量に使用されるエネルギー消費型製品です。国務院が発表した「十二五」計画における省エネ・排出削減に関する通知、すなわち国発（2012）40号文では、具体的な目標として「ファン、圧縮機、ポンプなどの新たに導入される主要なエネルギー消費型機器のエネルギー効率は、国内または国際的な先進水準に達するべきだ」と明記されています。したがって、高性能で省エネ効果の高い一般機械製品を積極的に開発し、製品の省エネ技術を向上させることは、我が国の省エネ・排出削減、エネルギー利用効率の向上、そして各産業分野が省エネ・排出削減の目標を達成するために、非常に重要な意義を持ちます。 一、一般機械の省エネ製品技術の開発と応用状況 一般機械製品は多種多様だが、その中で最も数量が多く、最も広く応用されている製品はポンプ、ファン、圧縮機である。これら数種類の製品の年間生産量および稼働台数に基づき算出した結果、その年間電力消費量は全国の工業用電力消費量の約40％を占め、その内訳はポンプが20％、送風機が10.4％、圧縮機が9.6％となる。エネルギーは**経済発展の基盤であり、我が国のエネルギー需要は絶えず増加しているため、大幅な省エネ・排出削減の圧力に直面しています。特に、省エネ対策がさらに推進されるにつれて、省エネの潜在力をさらに引き出すことが難しくなり、省エネの課題は一層厳しくなっている。これには、製品の省エネ、システムの省エネ技術の革新、普及・展開などの分野で社会全体が合意に達し、我が国の省エネ技術がさらなる大きな飛躍を遂げることが急務である。省エネ技術および装置の産業化を加速するため、我が国では「戦略的新興産業の育成・発展を加速するための決定」、「『十二五』戦略的新興産業発展計画」、「『十二五』省エネ・環境保護産業発展計画」、そして「省エネ・環境保護産業の発展を加速するための意見」などが次々と発表されました。これらの文書では、重要な省エネ技術や装置の産業化を、省エネ・環境保護産業の発展における重要な課題として明確に位置づけています。また、各種の政策的措置も強化されており、これにより省エネ技術の革新と産業化を推進するための良好な政策的環境が整っています。その結果、一般機械製造業にとって大きな発展の機会が生まれているのです。一般機械製品の省エネ技術水準を向上させることは、産業の転換・昇格を促進するための重要な施策である。近年、一般機械業界では製品およびシステムの省エネ技術革新を継続的に強化し、省エネ技術の開発と普及促進に積極的に取り組んでいる。現在、ポンプ、ファン、圧縮機の3種類の省エネ製品の割合が大幅に向上し、元々の10％から30％に増加した。ポンプ、ファン、圧縮機のエネルギー効率基準の見直しが進められており、システムの省エネ基準も策定が始まっている。また、乾燥装置のエネルギー効率基準については、すでに提出され承認待ちとなっている。余剰エネルギー回収利用技術は、ポンプ、ファン、圧縮機の製造企業で注目されており、一部の企業では既に余剰エネルギー回収システムの装置を開発し、普及させることで顕著な省エネ効果を上げている。ますます多くの企業が契約型エネルギーマネジメントに参加し、ユーザーと共に省エネ目標や効果目標を設定している。一部の製造企業は、単に省エネ製品を提供するだけでなく、ユーザーにシステム全体の省エネソリューションを提供するまでに発展している。しかし全体的に見ると、我が国の一般機械製品の省エネ技術水準は、省エネの潜在的ニーズと比べて依然として一定の差があり、主に以下の点に表れている。一つ目は、自主的なイノベーション能力が弱いことである。企業を主体とする省エネ技術イノベーションシステムが未整備であり、産学研の連携が十分でない。技術開発への投資も不足しており、一部の核心的なシステムの省エネ技術はまだ完全に習得されていない；二つ目は、産業の集中度が低いことです。企業の規模は全体的に小さく、リーダー的な中核企業の牽引力が弱く、省エネ製品の一式化・シリーズ化・標準化の水準が低い；三つ目は、政策が不完全であること。関連法規や基準体系、さらには財税・金融政策が不十分で、中小製造企業の資金調達が困難である；四つ目は、市場化推進体制が不完全であること。ユーザーと供給業者間の省エネ技術製品に関する情報伝達手段は少なく、第三者による評価メカニズムも不完全である。また、ユーザーは新しい省エネ技術装置に対する認識度が低く、その識別にかかるコストも高い。契約型エネルギーマネジメントや機器リースといった市場ベースの普及モデルも広く活用されていない。もともとは省エネ製品だったものが、工事で使用されると省エネではなくなってしまうことがある。このような状況が生じる原因は、第一にシステムのマッチング設計が不合理であることです。設計院は配管の抵抗を計算する際、安全性を考慮して抵抗係数を大きく見積もります。例えば、流体を輸送するための揚程が100メートルの場合、設計院は10％の安全率を加えて110メートルとします。そしてポンプやファン、圧縮機の製造企業も安全性を重視して、120メートルの揚程を持つポンプやファン、圧縮機を用意します。さらに、モーター選定における標準的な安全率も1.1となっているため、これらの安全率が重なり合うことで、本来省エネ製品であるはずのものが非省エネ製品になってしまうのです；二つ目は、ポンプ、ファン、コンプレッサーなどの省エネ製品の高効率とは、製品が定格条件下（定格負荷）で運転する際の効率を指し、この時が最も省エネとなる。しかし、機器が稼働している間はしばしば最適な動作範囲から外れるため、その場合エネルギー節約型製品も省エネ効果を発揮しなくなります。まるで排気量2.0以下の自動車において、時速70～100キロメートルが最も燃費が良い速度であり、この速度から外れると燃費が悪くなるのと同じです。統計によると、我が国で生産されるポンプ、ファン、圧縮機などの製品の70％以上が、適正な運転条件から逸脱した状態で稼働しています。この場合、平均効率は70％に満たないのです。本来90％の効率を持つ製品でも、効率が20％も低下してしまうのですから、これは非常にもったいないエネルギーの無駄遣いだと言えます。 二、余剰エネルギー回収技術の開発と応用状況　余剰エネルギー回収の定義は非常に広範であり、具体的には既に使用されたエネルギーの残り部分を再び利用可能なエネルギーに変換すること、例えば熱エネルギー、機械的エネルギー、圧力エネルギー、光エネルギーなどを利用可能なエネルギー源に転換することを指す。余剰エネルギーの回収により、エネルギーを十分に活用し、炭素排出を削減できる。省エネと消費量の低減は、持続可能な発展に寄与する。現在、一般機械業界では余剰エネルギー回収技術の研究を進め、新たな余剰エネルギー回収製品の開発に取り組んでいる。例えば、蒸気の余熱を回収する蒸気タービン、余圧の液体エネルギーを回収する水力タービン、低品位な余熱を回収するスクリュー膨張回収装置などです。（一）液力タービンの流れにおいて、液体（水）が持つエネルギーはタービンノズルを通過する際に運動エネルギーに変換され、インペラを流れる際に流体がブレードに衝突し、インペラを回転させることでタービンシャフトを駆動する。タービンシャフトは、直接または伝動機構を介して他の機械を駆動し、機械的仕事を出力する。液体（水）がタービンを回転させることで、液力タービンの動作状態になる。液力タービンは一定の条件の下で電動機や蒸気タービンなどの駆動装置に代わることができ、流体エネルギーの最大80％を回収してポンプ、ファン、圧縮機、またはその他の回転機械を駆動するために利用できる。山東長志ポンプ業有限公司が開発した水力タービンは、1台あたり平均して300kWの電力を回収できる。1年間に300日稼働すると仮定すると、1台の水力タービン装置によって1年間に216万キロワット時の電力を節約でき、その結果、151万円の電気代を節約できる。経済的な効果は非常に大きい。また、大連深藍ポンプ業会社などの企業も、効率性の高い液力タービン装置を開発し、さまざまな分野で応用することで良好な省エネ効果を上げている。（二）スクリュー膨張機　スクリュー膨張機は容積式膨張機に属し、一定の圧力を持つ気体状の作動媒体を吸い込むことによって基本容積を小さくから大きくへと連続的に膨張させ、それによって外部に仕事を行う動力機械であり、スクリュー圧縮機の逆方向の動作です。スクリュー膨張機による余熱回収の原理は、有機ランキンサイクルによって実現される。有機ランキンサイクルは、一般的な冷却サイクルの逆サイクルであり、有機ランキンサイクルを用いることで低品位の熱エネルギーを電力や機械エネルギーに変換することができる。現在、国内で開発されているスクリュー膨張機のローター形状は、スクリュー膨張機の高効率性、低騒音性、および高信頼性を確保し、さまざまな質量流量の水蒸気の膨張ニーズに応えることができる。浙江開山圧縮機株式会社が開発・製造した有機ランキンサイクル用スクリュー膨張発電ユニットは、スクリュー膨張機が発電機を直接駆動して発電する仕組みであり、増速または減速ギアを使用しない。これにより、ギアによる動力損失や伝動騒音がなくなるだけでなく、システムの信頼性も向上している。同社が開発した初の有機ランキンサイクルスクリュー膨張型発電機セットは、天津天豊鋼鉄会社で成功裏に導入され、順調に送電を開始し市場から認知され、現在では数十セットの受注を獲得している。（三）タービン膨張機組　陝西鼓風機集団公司は、近年、タービン膨張による余剰エネルギーの回収に関する多くの研究や製品開発を行っており、特に3種類の製品の開発に力を入れている。1. 純低温余熱エネルギー回収システム装置
陝西鼓風機集団が開発した純低温余熱エネルギー回収システム装置の核心技術は、大気中に排出される温度380℃未満の中低温の廃ガスや煙ガスに含まれる低品質な熱エネルギーを利用して発電したり、動力設備を直接駆動させることである。このシステムでは、低パラメータ仕様の熱交換器、低パラメータタービン、発電機から構成される純低温余熱エネルギー回収装置が用いられており、同時に排ガス中の粉塵も回収される。現在は主にセメント、鉄鋼、石油化学業界で使用されています。各純低温余熱エネルギー回収システム装置は、年間0.72億kWhの電力を発電できる；年間3千万元以上のリサイクル効果がある；年間で標準炭2万5500トンを節約できる；年間で二酸化炭素排出量を6.9万トン削減できる。2. 工業プロセスにおける余剰エネルギー回収利用装置
工業プロセスにおける余剰エネルギー回収利用装置は、冶金、アンモニア製造、高純度テレフタル酸などの各種生産工程において、余剰エネルギーの回収および有効利用に広く用いられている。その中で、高炉ガス余圧発電タービン装置とは、製鉄用高炉の副産物である高炉炉頂ガスが持つ圧力エネルギーおよび熱エネルギーを機械エネルギーに変換し、発電機を駆動して電力を生成する装置です。我が国の冶金業界は国内最大のエネルギー消費者であり、電力消費量は全国の13％～15％を占めている。また、高炉ガスの余圧を利用した発電タービン装置（TRT）を設置することは、冶金企業における省エネルギー・コスト削減の重要な手段である。鉄鋼企業の外部からの電力購入量を6％〜8％削減できる。3、ガス・蒸気複合サイクル発電装置
ガス・蒸気複合サイクル発電装置とは、まず高炉ガスと脱硫コークス炉ガスを混合し、ガス圧縮機で加圧した後、燃焼室に送られた空気と混合して燃焼させ、高温・高圧のガスを生成する。このガスはガスタービンで膨張して仕事を生み出し、ガスタービンが圧縮機や外部負荷を高速で回転させる。ガスタービンから排出された排ガスは余熱ボイラーに導かれ、高温・高圧の蒸気が生成されてタービンを駆動し、ガスタービンと共に発電機を回して発電する。一般的に、高炉ガスをボイラーの燃料として使用して蒸気を発生させ、タービンを動かして発電する場合の熱効率は約25％程度に過ぎません。一方、ガス・蒸気複合サイクル発電機の場合、熱供給を行わない状態でも熱効率は40％～50％にも達します。世界の先進国の**主要な製鉄所には、高炉ガスを燃料とするガス・蒸気コンバインドサイクル発電機が設置されている。ガス・蒸気コンバインドサイクル発電装置は、主にガスタービン機組、ガス圧縮機組、蒸気タービン、発電機、排熱ボイラーなどの重要なシステムで構成されており、これらのシステムによって複雑かつ完全な発電システムが形成される。現在、海外でこのシステムの核心技術を掌握している主なメーカーは、日本の三菱、米国のGE、フランスのアルストム、ドイツのシーメンス、そして日本の川崎重工業と三井物産、フランスのALSTOMなどがある。陝鼓はこの発電機の研究開発に多大な努力を注ぎ、技術面でいくつかの大きな突破口を切り開き、**科学技術進歩二等賞を受賞したことがあります。 三、一般機械製品の省エネ技術の発展目標
1、一般機械業界に既存する**エンジニアリングセンター、**重点実験室、**製品検査試験センターといった基盤を活用し、科学技術革新体制を強化する。これにより、省エネ技術や製品、システム装置の研究開発を支える、高水準で基礎的かつ戦略的、先端的な科学研究機関を数多く育成する。一般機械の省エネ製品における鍵となる共通技術に対する研究開発への投資を強化し、システム全体の省エネ技術の研究開発に取り組むことで、システム省エネの核心的な技術的課題を克服し、独自の知的財産を創出します。これにより、省エネ製品やシステムの大規模な普及を実現するための技術的支援が可能になります。2. 省エネ製品および設備の運用システムに関するエネルギー効率基準、検査基準、評価規則を絶えず改善し、我が国の一般機械製品及びシステムの省エネ指標をより完備で科学的なものにする。3、ポンプ、ファン、圧縮機、乾燥装置などの分野において、独自の知的財産権と競争力を持つ省エネ製品を多数創出し、国際的に競争力のある中核企業を育成する。2020年までに、高性能な省エネ技術および製品の市場シェアを現在の30％から60％以上に引き上げ、生産額は3000億元を超え、年間の省エネ量は標準石炭換算で600万トンに達させる。4. 余剰エネルギーの回収利用分野では、廃熱や余圧を直接機械エネルギーに変換して回収する技術、中低品位の余剰エネルギーを用いたオーガニック・ランキンサイクルによる発電など、重要な技術開発とその応用に力を入れている。また、水力タービンやタービン膨張機、スクリュー膨張機による余剰エネルギー回収の効率を継続的に向上させ、余剰エネルギー回収システム全体の運用効率をさらに高めている。**余剰電力の送電を支援する関連政策を早急に策定し、エネルギーを品質に応じて段階的に活用していくことを推進する。5、ポンプ、ファン、圧縮機の製造企業が、電動機や内燃機関などを製造する企業、そしてユーザーと共に「省エネ革新技術戦略連盟」を徐々に構築し、あらゆる面での省エネレベルの向上を実現する。6、**1級および2級のエネルギー効率基準を満たすポンプ、ファン、圧縮機製品の普及に力を入れ、お客様に最適なシステム省エネソリューションを提供します。既存の不合理なポンプ、ファン、圧縮機システムの省エネ改修を加速する。これについて、我々は「第13次五カ年計画」期間中に、様々な施策によって我が国の一般機械製品の省エネ化、システム全体の省エネ化、および余剰エネルギーの回収技術が新たな段階に進むことが確実であり、国発（2012）40号文で掲げられた「ファン、圧縮機、ポンプなどの新たに導入される主要な消費エネルギー機器のエネルギー効率指標を国際的な先進水準に引き上げる」という目標が達成されるだろうと信じるに足る根拠がある。