電気の施設訪問レポート vol.18
東北電力「新仙台火力発電所」を訪問しました
2015年9月、パワーアカデミー事務局は東北電力の新仙台火力発電所（仙台市宮城野区）を訪問しました。仙台市の一番東にある仙台港に位置する新仙台火力発電所は、1971年から運転を開始した40年以上、東北の人たちの暮らしを支えてきた火力発電所です。これまでは重油と天然ガスを燃料に2機の設備が稼動していましたが、東日本大震災という大災害を乗り越えて、新たにLNGを燃料とした最新鋭のガスコンバインド発電所（3号系列）に生まれ変わろうとしています。徹底した環境負荷低減と発電コストの低減、そして電力の安定供給を目指す、新仙台火力発電所の取り組みをご紹介します。
震災を乗り越えて、東北の「復興」と「未来」をつなぐ架け橋になる
新仙台火力発電所が位置する仙台港は、東北を代表する海上輸送の物流拠点です。正式名称は特定重要港湾仙台塩釜港仙台港区と言い、世界各国から様々なコンテナ船が寄港する国際港となっています。
周辺には多くの工場が連なっていますが、屋上に「避難場所」という看板を掲げた建物が見受けられました。またお話を伺う前に、津波警報が発令された場合の避難方法をご説明いただきました。現在ではその爪あとはほとんど見られませんが、2011年3月11日の東日本大震災では、津波が押し寄せて大きな被害があった地域です。津波は地面から3メートル（海抜6.5メートル）に達して、新仙台火力発電所の主要な建物の1階部分がほぼ水没。主要な機器類は使えなくなり、発電所として稼働できなくなりました。しかしこの甚大な被害に負けず、早期復旧に向けて懸命に取り組んだ結果、9ケ月後の12月27日に1号機が運転再開を果たしました。
そして2015年12月、東北の「復興」と「未来」をつなぐ架け橋になるべく、世界最高水準の発電効率を誇るコンバインドサイクル発電所として、3号系列の半量である3-1号の営業運転が開始されます。
さらなる電力の安定供給と地球環境保全、高効率化を実現するために
新仙台火力発電所は、1969年に建設が始まり、1971年に１号機，続けて1973年に2号機の運転が開始されました。１号機、２号機の発電出力はそれぞれ35万kWと60万kW。東北電力の総出力1777万kWのうち、約100万kWを担う主力の火力発電所でした。
建設当初は1号機・2号機ともに重油を燃料としていましたが、1995年に環境負荷低減を目的として2号機が、天然ガスへ移行。そして、2012年より3号系列（98万kW／49万kW×2軸）の新設工事を開始します。その目的は、既設の１号機、2号機の設備を廃止して、LNG（液化天然ガス）を燃料とした発電効率の高いガスコンバインドサイクル発電設備をつくる（リプレース）というものです。
なぜ既設の１号機、2号機の設備を廃止して、新たにコンバインドサイクル発電をつくるのか？建設背景として、火力発電所の老巧化の問題があげられます。現在、日本における火力発電設備は運転を開始してから30～40年を経過しているものがほとんどで、新仙台火力発電所もそれに該当します。さらに自然災害に対して、太平洋側と日本海側に燃料供給源を分散することで、燃料供給の安定性を確保したいという目的もありました。また、地球環境温暖化の防止のためにCO2排出削減につながる燃料使用量の削減をはかる必要もあります。さらなる電力の安定供給と地球環境保全、そしてエネルギーの高効率利用のため、コンバインドサイクル発電に生まれ変わろうとしているのです。
リプレース計画の概要
| 項目 | 現状 | 将来 | |
|---|---|---|---|
| 1号機 | 2号機 | 3号系列（3-1号、3-2号） | |
| 原動力 | 汽力 （コンベンショナルプラント） |
同左 | ガスタービン及び汽力 （コンバインドサイクルプラント） |
| 出力 | 35万kW | 60万kW | 98万kW （49万kW×2軸） |
| 燃料 | 重油 | 重油・原油・天然ガス | LNG |
| LNG燃料設備 | - | LNGタンク （地上式、16万kl×2基） 桟橋 （杭式ドルフィン形式） |
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| 営業運転開始 （廃止） |
1971年8月 (2015年9月廃止) |
1973年6月 (2011年10月廃止) |
3-1号：2015年12月 3-2号：2016年7月 |
| [2014年度供給計画における変更] ・3-1号：2016年8月⇒2015年12月（7ケ月前倒し） ・3-2号：2017年7月⇒2016年7月（1年前倒し） |
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世界最高クラスの発電効率を誇る、環境にやさしいガスコンバインド発電
それでは、リプレースした新仙台火力発電所の3号系列の特徴をご紹介しましょう。まずは何と言っても世界最高レベルの発電効率の実現を目指すガスコンバインドサイクル発電です。コンバインドサイクルとは、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電方式で、同じ量の燃料で、通常の火力発電より多くの電力をつくることができ、CO2の排出量も少ないすぐれた発電方式です（※1）。
新仙台火力発電所の場合、ガスタービンの入口燃焼ガス温度1530℃という最新鋭ガスタービンを採用して、世界最高クラスの発電効率60％以上（低位発熱量基準による）を計画しています。その結果、年間のCO2排出量を、従来の1/3の排出量に相当する年間約120万トンの削減を実現。これは、宮城県内の全スギ人工林の年間吸収率と同等の量だそうです（※2）。また、1kWhあたりの燃料使用量も従来の1/4相当分を削減できます（※3）。
（※1）コンバインドサイクル発電については、電気の施設訪問レポートvol.6「関西電力堺港発電所と堺太陽光発電所を訪問しました」もご覧ください。分かりやすく仕組みが解説されています。
（※2）既設1、2号、3号系列の年間利用率70%とした場合
（※3）原油・LNGをカロリー計算
クリーンな燃料であるLNGを、最先端技術タンクで安全に保管する
設備の特徴もご紹介しましょう。燃料であるLNG（液化天然ガス）は、天然ガスを約-160℃まで冷却して液体にしたもので、有害な硫黄酸化物・ばいじんを排出しないクリーンなエネルギーです。
このLNGを保管するLNGタンクは、金属タンクのすぐ外側をコンクリート（PC）製の防液堤で覆う構造となっています。これを地上式PCタンクと言って、東北電力では初の設備です。従来のLNGタンクは、金属タンクの周囲に防液堤をつくっていましたが、新しいLNGタンクは本体を内槽部分と外槽と一体構造の防液堤の2重構造にして、ガスのタンク外部への流失を防ぐと同時に、敷地の有効活用をはかりました。尚、この内槽と外槽の間には約1メートルの隙間があり、すきまなく断熱材（パーライト）を充填することにより、保冷の役目を果たしています。
より災害に強く、津波・地震対策の強化に取り組む
東日本大震災の経験を踏まえて、様々な津波・地震対策にも取り組んでいます。地震対策では、機器の耐震性を一層、強化しました。特に、配管の保護に力を入れて防振器の増設を行いました。一方、津波対策では、発電所海側の盛土（高さ約5m）と防潮堤を新たにつくって津波を防止します。また浸水対策では、電気設備や非常用発電設備となどの重要設備は、原則2階以上に設置することや、かさ上げを実施しています。さらに開閉所や遮断器なども、据付面を地盤面より3mにかさ上げして設置しました。その他、建物内への浸水を遅らせるための気密扉の設置や外壁強化にも取り組みました。これにより、東日本大震災相当の津波が発生しても、早期に復旧できる体制を整えています。
高さ約5mを誇る、発電所海側の盛土。樹はようやく葉が出たところで、東北の復興の歩みと共に成長していきます。
尚、発電所海側の盛土には、植樹を行っており、一部の区画は地元の小学生が植樹したそうです（この植樹は、津波の直撃を抑止する効果もあります）。敷地内全体では約6万本の苗を植えており、完全な成長までには約20年かかるそうですが、地球環境や地域住民との共生をはかる発電所のシンボルとして育っていくことでしょう。
リプレース中の新仙台火力発電所
取材当日はあいにくの雨で建設中の施設もありましたが、完成に向かって着々と工事が進んでいました。ご案内いただいた、新仙台火力発電所の主な施設をご紹介します。
LNG受入設備
LNGは、アンローディングアームと呼ばれる、タンカーからLNGなどを荷揚げする設備で運び込まれます。写真の中の4本の腕のようなものがアンローディングアームです。これをLNG船に接続して、LNGを受け入れます。LNGは、海外（マレーシア、オーストラリア、カタール、ロシアなど）から輸入しています。
LNGタンク
LNGタンクは、高さ約54m、直径約80m、容量16万kLのタンクを2機備えています。2機あわせて約2ケ月分の燃料を保管できます。写真のタンクは、2機のうちの"ナンバー2タンク"と呼ばれる1機です。これらLNGタンクは、JCM（※4)と言われる新工法で建設したことにより、工期を従来よりも約4ヶ月、短縮することに成功しました。LNGタンクから出たLNGは、LNG気化器を通り気化ガスに変えられてタービン建屋に送られます。LNG気化器は極低温のLNGを海水で温めてガス化するための設備です。
（※4）JCM （Jack Climbing Method）とは、LNGタンクコンクリート壁に油圧ジャッキを配置し、油圧の力によってLNGタンクの屋根ごと釣り上げる新しい工法。
発電機（3-1号／3-2号）とタービン建屋
写真真中の手前に見える煙突が、3-1号（完成）。奥が3-2号（建設中）です。煙突は、高さが100mの排熱回収ボイラー直上型煙突と呼ばれるもので、ガスタービンの排気熱を回収して、水を蒸気にしています。一方、煙突の右側に見える建物がタービン建屋です。右下には排煙脱硝装置につかうアンモニアのタンクが見えています。排煙脱硝装置は煙突の付け根部分に設置されており、排煙中のNOXを5ppm以下に低減します。元々クリーンなLNGですが万全の環境対策を施してあります。
左端には既設1,2号機の煙突が見えています。この煙突の高さは180mですが、3号系列は環境負荷が小さいので、3-1号と3-2号の煙突は1,2号機よりも低くすることが可能となり景観にも配慮することができました。
トランス(変圧器)
発電所でつくられた電気は、高電圧で送り出されるため、途中、段階的に電圧を下げる必要があります。こちらが発電した電気の、電圧の大きさを変えるトランス（変圧器）です。発電機電圧の21kVを送電線の電圧275kVに昇圧します。
GIS（ガス絶縁開閉装置）
電力の開閉・遮断などを行うのが、GISです（写真真中）。いわば電気のスイッチと言える役割を担っています。津波対策として、地面から3m上にステージをつくって設置していることがお分かりになるでしょうか。ここから、ガスコンバインド発電でつくられた電気が、送電線を経由して私たちの元へ送られていきます。
編集後記
取材の途中に、新仙台火力発電所における、東日本大震災の津波の模様を映像で見せていただきました。津波によって、車が流されて次々と発電所の建屋にぶつかっていく様子は、言葉が出ないほど壮絶でした。
3号系列のリプレースの計画は、震災前からはじまっていたため、東日本大震災が発生して後ろ倒しになったのではないか？という疑問がありましたが、実は逆に前倒しに進めたそうです。
震災当時は、東北地域全体の電力供給力が落ちていたため、2011年10月に廃止予定だった2号機を早期復旧させようとする声も出ていました。しかし、2号機を復旧させると、今度は3号系列をつくるためのエリア（資材置き場など）がなくなるため、他地点の発電所に緊急電源を設置して乗り切り、将来を見据えた3号系列のリプレースを早めました。その結果、3-1号が7ケ月前倒し、3-2号が１年前倒しに。結果として、震災後の電力供給を乗り越えて、環境性と経済性を両立させた、最新鋭のガスコンバインド発電所が早期に完成しようとしています。
お話を伺っていて、思わず「ピンチはチャンス」という言葉がアタマに浮かびました。しかし言葉で言うのは簡単ですが、実際にこれを実現させたのは、関係者の皆様の想像をはるかに超えた努力の賜物です。取材の1週間後の9月16日付けで1号機も廃止となりましたが、2015年12月には3-1号が、2016年7月には3-2号がいよいよ稼働します。今後の新仙台火力発電所の活躍に、一層の期待が高まります。