リパワリング

ウィンドファームのリパワリングとは、一般的に小型で古い風力タービンを、より大型で効率的な最新の設計のものに置き換えることを意味する。風力発電技術の革新により、新しいタービンの出力は古い設計と比較して劇的に増加している。古い風力タービンを新しいものに更新してリパワリングすることで、大型化と高効率化により、特定のウィンドファームから生成できるエネルギー量を増やすことができる。米国では2017年に、2,131 MW相当の風力発電所のリパワリングが完了した。^[3]

カリフォルニア州での研究^[4]によると、古いタービンを交換して風力発電所をリパワリングすることによる潜在的な利点は以下の通りである。

• 基数は少なくサイズは大きい風力タービンを設置することで、鳥類の衝突死が減少する可能性がある。
• 最新の風力プロジェクトは、背が高くなったとしても視覚的に魅力的であると見なされることが多いため、美観上の懸念が軽減される。
• 「新しい風力設備に典型的な、より高い平均設備利用率による再生可能エネルギー生産量の増加。」
• 既存のインフラ（道路、変電所など）を利用できるため、新しい「グリーンフィールド（未開発地）」での風力発電プロジェクトと比較して設置コストが低くなる。
• 「より優れた電力品質で電力網をより良くサポートできる最新の風力タービン技術の使用。」
• 地方および州の税基盤の拡大に加え、建設に伴う雇用機会の創出。

総面積に対して設置されている風力発電機の数が多いドイツやデンマークなどの国々は、風力発電の容量と発電量を増やすために、古いタービンのリパワリングを採用している。^[5] 1990年代以降、ウィンドファームの出力と利用は拡大を続けている。

カリフォルニア州にはリパワリングが効果的な老朽化した風力タービンが多く存在するが、多くの地点でリパワリングを行うための経済的インセンティブが不足しているようである。カリフォルニア州の多くの小型タービンは1980年代に建設され、定格容量は50-100 kWであった。これは平均的な現代の風力タービンの定格容量よりも10倍から40倍も小さい。^[4] 急速な風力プロジェクトのリパワリングを妨げる障壁は多いが、主な障壁は単に、老朽化した既存の風力設備が、新しい風力タービンでのリパワリングを追求するよりも、短期的には継続的な運転の方が収益性が高いということである。^[6] 2007年までに、カリフォルニア州でリパワリングされた風力発電所は365 MWであり、これは更新可能な1,640 MWの風力容量のわずか20%に過ぎない。^[4]

インドでは、設計寿命に達する風力タービンの割合が増加しており、^[7] 稼働中の設備に占める小型でエネルギー収量の低いタービンの割合が比較的高いため、早期退役とリパワリングという戦略が有利に働く。実際に、最近改定されたインドのリパワリング政策^[8]では、定格出力2 MWまでのタービンの更新にインセンティブを与えており、これは25.4 GW、つまり総風力容量の約60%に相当する。これまでに完了したリパワリングプロジェクトはわずかであるが、かなりの潜在能力が存在する。最近の研究によると、既存の風力タービン群を完全にリパワリングすることで、全国の設備利用率を82%向上させることができるという。^[9]

米国の新しい環境規制に伴い、石炭火力発電所は時代遅れになりつつある。石炭火力発電所の4分の3もが閉鎖されつつある。^[要出典] 短期的な選択肢としては、プラントの退役か、あるいはボイラーを天然ガスで直接燃焼させる方式への迅速な転換がある。これらの古い石炭燃焼発電所をガス燃焼ボイラーにリパワリングすることだ。米国環境保護庁（EPA）の新しい規制によるプラント閉鎖により、既存の米国の発電容量のうち最大30ギガワット（GW）が失われる可能性があると推定されている。EPRIの研究によると、新しい発電所を一から建設する代わりにリパワリングを行うことで、建設費を20%節約できる可能性がある。

これらのプラントの構成では、古い石炭ボイラーをガスタービン（GT）に置き換える。ガスタービンからの排熱を排熱回収ボイラー（HRSG）に送る。排熱回収ボイラーからの出力を蒸気タービンに送り込むことで、電力生産量とプラント全体の効率を向上させる。 ガスタービン（GT）と排熱回収ボイラー（HRSG）の技術は、米国だけでも過去20年間にわたり多くのリパワリングプロジェクトで使用されてきた。米国政府の環境規制の強化と燃料価格の下落により、GT/HRSGの使用は多くの古い石炭火力発電所を刷新する選択肢となった。現代のガスタービンは高い効率で動作し、排熱回収ボイラー（HRSG）を追加することで、プラント全体の効率を40%から50%（高位発熱量基準）まで高めることができ、これはほとんどの石炭火力発電所の範囲を上回る。これにより燃料消費が抑えられ、プラントの排出量も削減される。 シーメンス社も、ガスタービン（GT）と排熱回収ボイラー（HRSG）、さらに蒸気タービン（ST）とコンバインドサイクル発電を組み合わせ、最も効率的な発電施設を作るためにこの技術を使用している。既存の直接燃焼式プラントは、GTとHRSGを追加することでこの高度なサイクル概念を利用できる。このいわゆるリパワリング方式により、既存の発電施設を現代のコンバインドサイクル発電所と同等の効率にすることができる。

シーメンス社は、これらの古い石炭プラントをリパワリングするための2つの方法を開発した。1つ目は「フルリパワリング（Full Powering）」、2つ目は「パラレルリパワリング（Parallel Powering）」と呼ばれる。フルリパワリングは、ボイラーが寿命に達した古いプラントでのみ使用される。フルリパワリングでは元のボイラーを置き換え、ガスタービン（GT）と排熱回収ボイラー（HRSG）を追加する。一方、フルリパワリング概念と比較すると、パラレルリパワリング方式の効率はわずかに低くなる。しかし、蒸気タービンに対して2つの独立した蒸気源を持つため、この概念は燃料の柔軟性が高く、負荷変動に対しても大きな柔軟性を提供する。^{[10] [11]} リパワリングプロジェクトの一例として、フルーア社によるスーアード（Seward）プラントの更新がある。このプラントは521 MWの石炭火力発電所であった。このプラントでは炭廃（英語版）（石炭くず）を燃焼させている。プロジェクトでは、既存の3基の微粉炭燃焼ボイラーを撤去し、2基の新しいクリーン・コール・テクノロジーCFBボイラーを設置し、さらにアルストム製の蒸気タービン発電機を設置するという大幅な変更が行われた。このプラントは現在、521 MWの容量を持つ世界最大の石炭くず発電所となっている。1日あたり11,000トンの石炭くずで稼働している。

^{[12] [13]}

• エネルギー貯蔵プロジェクトの一覧（英語版）