バイオマスプラントがブリティッシュコロンビア大学の目標達成に貢献

背景

ブリティッシュコロンビア大学のバンクーバーキャンパスは、それ自体が都市です。このコミュニティには、1,000エーカーのキャンパスで働き、学び、生活する50,000人を超える学生、教職員、居住者が含まれています。2012年まで、大学は天然ガスを燃料とするセントラルヒーティングプラントを利用してキャンパスの熱を生成し、BC Hydroから電力網用の電力を購入していました。大学はサステナビリティ(持続可能性)のリーダとして、温室効果ガス(GHG)排出量の削減に取り組んでいます。2009年に、彼らは再生可能燃料で稼働する熱電併給(CHP)プラントの設計と建設に着手しました。
 

課題

ブリティッシュコロンビア大学(UBC)は、GHG排出量削減のリーダであることに誇りを持っています。2007年、キャンパスは京都議定書の目標を達成しました。さらなるGHG排出削減のための積極的な目標を設定するために、大学は同じ年に気候行動計画を策定しました。この計画の下で、UBCは2007年から2015年の間に現在の排出量を3分の1に削減することを約束しました。2050年までに、大学はカーボンニュートラルになりたいと考えています。これらの課題に加えて、UBCは、登録と研究活動の増加により、キャンパスの規模が大幅に拡大すると予想していました。

この増加に対応するために、大学は数百万平方フィートの建物を追加することを計画しましたが、そのすべてに熱と電力が必要です。UBCは、独自のGHG排出量を削減するだけでなく、コミュニティで採用できる革新的な再生可能エネルギー技術のハブになりたいと考えていました。ブリティッシュコロンビア州では、大学などの公的機関が2007年7月から州の炭素税の対象となっています。ブリティッシュコロンビア大学の戦略的イニシアチブのディレクタであるブレント･サウダー氏は次のように述べました。「コミュニティとして、私たちはサステナビリティの真のリーダになりたいと考えていました。エネルギー使用量とGHG排出量を削減できなかったとしたら、他の人にどのように期待できるでしょうか? 私たちはまた、積極的なGHGの取り組みを活用して、自分たちのコミュニティ内でイノベーションと新技術を推進したいと考えていました。」
 

ソリューション

排出量を削減するための最初のステップとして、大学はGHGを排出している建物または技術を特定する必要がありました。UBCは、すべてのGHG排出量のキャンパス全体の調査を完了しました。排出量が最大のポイントは、キャンパスのセントラル･ヒーティング･プラントであることが判明しました。これは、実験室、教室の建物、および住居に熱を供給していました。大学の指導者たちは、キャンパスの熱を生成するために再生可能なバイオマス燃料を使用するバイオマスシステムで建物のガス燃焼システムを増強する必要があると判断しました。

大学は、キャンパスの固有のエネルギー要件と、都市のキャンパスで再生可能エネルギーシステムを提供する方法を理解しているエネルギーシステムのサプライヤの検索を開始しました。カナダと米国でのバイオマスガス化プロジェクトの成功の実績を持つ、バンクーバーを拠点とする高度なガス化システムの開発者およびサプライヤであるネクステラ･システムズ社は、大学の調査に応えました。ネクステラ社は、その重要な技術的専門知識を提供し、UBCと協力して、カナダおよびブリティッシュコロンビアの政府機関および民間組織からのプロジェクトへの資金を確保しました。

ネクステラ社は、木質バイオマス(クリーンな木材廃棄物(パレットや建設廃材など)および木材製造からの残留物)を処理するCHP施設を設計、開発、設置しました。

ネクステラ社の熱電併給システムは、受賞歴のある木造の建物に収容されています。ネクステラ社のバイオマスガス化システムは、バイオマスを合成ガスに変換します。木質バイオマスは、1日2〜3回、トラックで施設に到着します。特大または非木質の材料は、統合されたスクリーンとマグネットシステムで自動的に除去されます。 ガス化装置は、バイオマスをクリーンで可燃性の合成ガスまたは「合成ガス」に変換します。

UBCの新しいBioenergy Research and Demonstration Facility (BRDF)は、ネクステラ社独自のガス化システムと同社独自の合成ガス浄化技術を組み合わせた北米初のCHPシステムです。BRDFは、内燃エンジンを実行できるエンジングレードの合成ガスを生成し、熱と電力の両方を生成します。

このシステムには、商用サーマルモードとデモンストレーションCHPモードの2つの主要な動作モードがあります。サーマルモードでは、酸化剤が合成ガスを燃焼させ、高温の煙道ガスがボイラーに送られ、蒸気が生成されます。蒸気は、大学の既存の配電システムを通じてキャンパスの建物を加熱するために使用されます。

デモンストレーションモードでは、合成ガスは不純物を除去するように調整され、次に冷却および濾過されて、熱と電気の両方を生成します。次に、合成ガスは、発電機を実行する高効率の内燃エンジンに注入され、既存の電力網を介してUBCキャンパス全体に配電される電力を生成します。

このシステムはまた、エンジンの熱と排気を回収して、キャンパスの暖房用に追加の蒸気を生成します。

プロセスの制御は、プロセス自体と同じくらい重要です。2台のAllen‑Bradley®のControlLogix®プログラマブル･オートメーション･コントローラ(PAC)がシステムの制御を管理します。施設のオペレータは、FactoryTalk® View Machine Edition (ME)およびFactoryTalk View Site Edition (SE) HMIソフトウェアを介して、運用をモニタし、システムおよびマシンレベルで問題を予防的に修正できます。さらに、FactoryTalk Historianソフトウェアは、施設のデータをネクステラ社のサーバに報告し、そこで会社は施設の運用をリアルタイムでサポートできます。

コントローラの統合プラットフォームと単一のプログラミング環境により、オンサイトの施設運営者は保守するスペアパーツが少なくなります。プラットフォームの厳格な運用管理により、システムは、大学の野心的な排出削減目標を達成しながら、必要な精度でバイオマスを処理することができます。

ネクステラ社の電気および制御マネージャであるクアマー･ジャット氏は次のように述べています。「ロックウェル･オートメーションのテクノロジの相互接続性と幅広い受入れにより、ソリューションの実装が非常に効率的になりました。プログラムをプラットフォーム間で変換するのではなく、CHPシステムなどの主要な製品の改善にリソースを集中させることができます。」

プラットフォームがオープンであるため、EtherNet/IP™ネットワークを介したGEエンジンと非常に簡単に統合できました。Allen‑BradleyのPowerFlex® 40およびPowerFlex 700 ACドライブに接続された3台のAllen‑BradleyのCENTERLINE® 2100モータ･コントロール･センタ(MCC)は、プラント全体のモータ制御を提供します。
 

結果

2012年9月に運用が開始されて以来、BRDFはキャンパスの年間蒸気要件の平均12%を提供してきました。このシステムは、蒸気の生成に使用される化石燃料を置き換えることにより、GHG排出量の削減に成功しています。さらに、大気排出量は一貫して許容レベルをはるかに下回っています。操業の最初の年に、施設は115,000MMBtuを超える天然ガスを排出しました。これにより、GHG排出量が年間6,000トン削減されました。これは、1,250台の自動車を道路から取り除くことに相当します。オペレータがシステムに慣れてくると、その数は増え続けます。

EtherNet/IPはODVAの商標です。今日、BRDFは、UBCの「生きている実験室としてのキャンパス」イニシアチブの成功した部分です。施設の研究所内では、学生と教職員が独自の代替エネルギー源プロジェクトを完了しています。このプラントには多くの人々が見学のために訪れています。最初の2年間で1,000人を超える人々が、クリーンでサステナブルな発電の新しい形態について学ぶために訪れました。

大学とネクステラ社は、施設の技術をさらに進歩させることを引き続き模索していきます。その可能性のある分野には、クリーンな合成ガスを高度なバイオ燃料、再生可能な水素、その他の製品に変換することが含まれます。

上記の結果は、ブリティッシュコロンビア大学がロックウェル･オートメーションの製品およびサービスを他の製品と組み合わせて使用した場合に固有のものです。特定の結果は、他のお客様によって異なる場合があります。