廃熱回収

ヘルシンキの公園の下，岩盤に切り込んだ洞窟内で，一列の大型ヒートポンプが市の処理された廃水と地域冷却網から戻る水から熱を取り出し，それを家庭を暖める地域暖房に供給している。 The Katri Vala plant, run by the city’s energy company Helen, produced 570,000 MWh of heat in 2017 from five large heat pumps, and a sixth, added in 2021, was expected to raise that by up to 200,000 MWh a year; its capacity reached about 123 MW (Wikipedia, Energy in Finland, citing Helen, 2018). 熱はもうそこにあった。 かつてはバルト海に注いだ。

排熱は最大の「エネルギー源」であり，誰も計算しない。 2016年の研究では 世界の一次エネルギーの72%は熱として放出されます 排熱流の63％は100°Ｃ以下である (フォーマンらによる2016年の研究). The second number is the important one. 冷却した熱は電気生産にはほとんど役に立たず，建物の暖房には非常に有用である。 このページでは、その理由とそれを使うために必要なことについて説明します。

何だ？

廃熱回収とは，プロセスが放出する熱を捕捉し，それを熱を必要とするものに供給することである。 It has three common forms:

• 直接使用 工場，焼却炉，発電所からの熱水またはガスが熱交換器を通して地域暖房網や他のプロセスに流れる。 これがデンマークとスウェーデンの熱ネットワークのほとんどが始まった方法である。
• 冷熱源のヒートポンプ。 下水道，データセンター，スーパーマーケット，地下鉄トンネル，冷却水は10〜40°Ｃである。 ヒートポンプは，電気を使用せずに，ネットワークが必要とする60〜90°Ｃまで熱を上げる。
• 電気を作る 炉やエンジンの排気ガスは，通常200°Ｃ以上であるが，蒸気タービンや有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を駆動できる。

仕組み

The value of heat is set by its temperature. One kWh of heat at 30 °C and one kWh at 600 °C are the same amount of energy but not the same resource. 熱を仕事に変えるエンジンの上限であるカルノー効率は η = 1 − T_cold / T_hotケルビンで表されます 25°Ｃ（298Ｋ）の環境で：

• 30°C (303 K) での熱: 1 − 298/303 = 1.6%
• 90°C (363 K) での熱: 1 − 298/363 = 18%
• 300°C (573 K) での熱: 1 − 298/573 = 48%

実際の機械はこれらの上限の半分以下に達する。 熱回収のために有機Ｒａｎｋｉｎｅサイクルを用いた場合，熱量の5〜20％が電気に変換される。^ 2013年のクイリン). 80°Ｃ以下では，電気を作るには機械の価値がほとんどない。

Heat pumps work the other way round. A heat pump’s ceiling is COP = T_hot / (T_hot − T_cold): the smaller the lift, the more heat per unit of electricity. Lifting 30 °C data-centre heat to 80 °C has a Carnot COP of about 6.4; real large heat pumps reach about half, around 3. だから 30°Ｃの廃熱100ｋＷｈ＋約45ｋＷｈの電力は約145ｋＷｈのネットワーク熱となる。 電気は無駄ではなく，熱としても終わる。

もう一つの制約は距離である。 熱は移動するのに高価だ。 Pipes, trenches and pumping cost far more per kWh than electricity cables, and warm water loses heat along the way. 熱利用者が熱源に近い場合，あるいは既に熱網が通っている場合には，廃熱は価値がある。 Modern “fourth generation” networks run at lower temperatures (around 50 to 70 °C) precisely so that more low-grade heat can be used (Lund et al., 2014).

Timing is the third. A data centre makes heat all year; homes need most of it in winter. ネットワークはこれを蓄熱，他の熱源と夏には使用できない熱をダンプすることでバランスする。

限界

• 温度 排熱の大部分は電気に冷たい。 Ｃａｒｎｏｔ方程式は交渉可能ではない。
• 距離 熱源は，どんなに大きくても，熱利用者から遠いと実質的には価値がない。
• 時間のずれだ 工業用およびデータセンター用の熱は安定しており，暖房需要は季節的で寒い朝にピークを示す。
• 信頼性と契約 ネットワークは工場が閉鎖されるかデータセンターが移転するかに依存することはできない。 契約，バックアップ能力，リスク共有はエンジニアリングと同じくらい重要である。
• 効率を第一に 排熱は，生成されない熱である。 より良いプロセスと効率的なサーバは回復できるものを減らす。

実際のプロジェクト、測定

プロジェクト	どこ、いつ	熱源とスケール	報告内容
カトリ・ヴァラ暖冷却プラント	Helsinki, Finland, since 2006, expanded since	処理排水と地域冷却回収水，岩洞内大型ヒートポンプ	570,000 MWh of heat in 2017 from five heat pumps; a sixth from 2021 adds up to 200,000 MWh a year; about 123 MW in total (Helen, 2018; Wikipedia)
メタオーデンセデータセンター	Odense, Denmark, since 2020	サーバ熱をヒートポンプで市街地ネットワークに送り込む	Goal: 100,000 MWh of heat a year, enough for 6,900 homes (Meta, 2020)
ストックホルム・データパーク	Stockholm, Sweden, since 2017	ストックホルム市はデータセンターから熱を買い取る	A programme for “a data centre industry where no heat is wasted” (Stockholm Data Parks)
北欧のデータセンター	フィンランド、スウェーデン、デンマーク、ノルウェー	モデル化ポテンシャル	Data-centre heat could cover a noticeable share of district heating in Nordic cities if networks and prices allow (Wahlroos et al., 2018)

これがどこへ向かっているのかを示す二つの政策信号がある。 Germany now requires new data centres that start operating from July 2026 to reuse at least 10% of their energy, rising to 15% from July 2027 and 20% from July 2028, unless a heat-network agreement is in place (Energieeffizienzgesetz, section 11). And data centres are growing fast: the IEA estimates they used about 415 TWh of electricity in 2024, around 1.5% of the world’s electricity, heading towards about 945 TWh by 2030 (IEA, Energy and AI, 2025). 電気のほとんどは低温熱として終わる。

地域熱供給の発展に伴い，廃熱利用が進んでいる。^ 2017年). その他の場所では、欠けている部分は通常ネットワークであり、熱ではない。

どれだけかかる？

Waste-heat recovery does not generate electricity, so the site-wide benchmark (rooftop solar at about $0.19 per kWh in our Fan Wall model, within Lazard’s June 2026 range of $0.09 to $0.20 for commercial rooftop solar) applies only to the small high-temperature cases that make electricity. 熱源としてはガスボイラが競合している。 Using the same round numbers as on our thermal storage page (wholesale gas at €35 per MWh, carbon at €70 per tonne, a 90% boiler), gas heat costs about 5 to 6 euro cents per kWh.

低温源から大型ヒートポンプを通して熱を得る場合，電気費用をＣＯＰで割り切り，それに加えて熱を供給する機器の費用を分散させた。 ヒートポンプのコストは，20年間で7％の実際の割引率とＣＯＰ3を得た。

Heat pump installed cost per kW of heat	Electricity €50 per MWh, 3,000 hours a year	電気50ユーロ、6,000時間	電気100ユーロ、3,000時間	電気100ユーロ、6,000時間
€500	3.2c	2.4c	4.9c	4.1c星
€1,000	4.8c	3.2c	6.5c	4.9c
€1,500	6.4c	4.0c	8.1c星	5.7c

Euro cents per kWh of heat. Our calculation: equipment cost × 0.0944 ÷ hours + electricity price ÷ 3.

回収熱は通常ガスと競合する。 ヒートポンプが年間何時間も稼働し 発電所がネットワークに近い場合です 弱点は管路（数ｋｍの新接続がヒートポンプよりも費用がかかる）と，源が消えるリスクである。 ヒートポンプを全く使わない高温産業用熱の直接利用は，一般にネットワークが買える最も安価な熱である。

排熱発電とは異なり，ＯＲＣユニットは熱が高温で安定し自由な場所においてのみ競合する。

勝てる場所と 負けられる場所

勝ち取れるものは

• 熱網を有する都市 データセンターや下水道施設 地下鉄のシステム スーパーマーケットや工場に隣接しています
• Industrial parks, where one plant’s waste heat is another plant’s process heat.
• 新規データセンター 温水を供給するために設計されました 特に40から60度の液体冷却で
• 高温産業 250°Ｃ以上の排気がＯＲＣや蒸気タービンを駆動して電力を得たり，材料を予熱する場合などに適している。
• 下水熱都市に近く、冬でも利用できる安定したエネルギー源です

勝てない

• リモートソース 熱を消費する場所がないときに 発電できるのです
• 低温熱を電気に変える。 30〜60°Ｃでは，カルノー天井は数％であり，それを変えるための装置はない。
• 熱網のない場所誰かが作るまでは 熱ではなくネットワークが通常本当の投資である。
• また，無駄なプロセスを維持する理由として，従業員の労働時間が長くなることがある。 効率が一番だ

証明されたもの、可能性のあるもの、推測的なもの

テスト済み: 熱発電とヒートポンプのカルノー限界，ヘルシンキ，オーデンセおよびストックホルムにおける下水やデータセンターから地域暖房への大規模な熱回収，デンマークとスウェーデンの工業用給熱ネットワーク，高温産業排気から電力を回収するＯＲＣユニット。

可能性: ヨーロッパの大型データセンターは 低温ネットワークで 低温熱を吸収し 液体冷却サーバが 50〜60℃の水を供給する

推測: 80°C以下の熱から経済的に有意義な電力を得ることができる。 ネットワーク計画がない都市での熱回収、普通の排熱面上の熱発電パネルは自給自足する。

開放的な研究課題

• 地図作成 排熱はどこで，どの温度で，どれだけ利用できるかを，熱が必要な場所と比較した。 開放的で、地域の地図は稀です。
• 契約とリスク 誰が接続費を支払い、誰がリスクを負うのか？
• 低温ネットワーク。 既存の高温ネットワークや建物を冷房化する方法。
• 高温ヒートポンプ 60から100度の排熱から 120から200度の蒸気を産業用に供給します
• 季節貯蔵 夏のデータセンターの熱を冬に保つことができます
• 測定した性能。 実施事業の年間供給熱量，電力使用量，費用についてデータを公表した。

実用的なプロトタイプには

ヒートポンプや熱交換器は成熟している。 有用な革新は，安価に利用者への供給を行うこと，高温ヒートポンプ，制御である。 実用モデルは，測定した熱を実際のユーザに供給する必要がある。

位相	ワーク	それが可能にする決定	粗費	タイム
1. Heat audit	実際の廃棄物流れの流量と温度をロガーで数週間測定し，1〜2ｋｍ以内の熱利用者をマッピングする。	十分な熱があるか，有用な温度で，利用者に十分近いか。	$5k to $20k	1ヶ月から3ヶ月
2．ベンチデモンストレータ	10〜50ｋＷの熱交換器とヒートポンプを実源に設置し，熱電計を備えた。	実際の流れにおけるＣＯＰ，汚染及び信頼性を測定した。	$30k to $150k	6ヶ月から12ヶ月
3．パイロット接続	A connection to one building or a small network, a year of data, a heat supply contract	熱の実質コストと契約モデル	$0.3M to $2M	12か月から24か月

誰が必要なのか

• 地域熱工学者 ネットワークオペレータにも
• ヒートポンプ専門家特に大型高温機械の場合，その性能は非常に優れている。
• データセンター・産業エネルギーマネージャー 温度や流量データを共有するのです
• 都市計画家・GISアナリスト 利用者をマッピングするのです
• 弁護士・経済学者 熱供給契約を設計するのです
• プロセス・エンジニア 下水や排気ガスなどの汚染流体における熱交換器の汚れ，腐食，清掃について述べた。

もっといい考えは？

財団のメンバーの中には 強力なエネルギーアイデアを 聞くことができる人がいるかもしれない アイデアをピッチするには 実際に電力を生み出す熱回収のアイデアに対しては，計測された熱または電力を供給し，その出力と自身のエネルギー使用量が計器に記録されるモデルを意味する。 論文のアイデアも歓迎する。物理学と数値が確実なら、ここでウェブサイトに公開できる。 しかし，実用的なモデルがないと資金調達は非常に困難であり，ここでは資金調達やリターン，導入の約束など何もない。

あなたのアイデアを提出するには，それが解決する問題，物理的チェック，kWh当たりの大まかなコスト，そして誤りであることを証明できる最も安いテストを含めて，貢献フォームを通じて提出してください。 実験モデルがある場合は，その測定結果と測定方法を含める。 あの エネルギー源ページ これと他のアイデアを比較します

ソース

1. Ｆｏｒｍａｎ，Ｃ．，Ｍｕｒｉｔａｌａ，Ｉ．Ｋ．，Ｐａｒｄｅｍａｎｎ，Ｒ．，Ｍｅｙｅｒ，Ｂ． (2016). 地球温暖化の原因となる排出物の熱ポテンシャルを推定する。 再生可能エネルギーと持続可能なエネルギーレビュー57，1568-1579.
2. Helen (2018). ヘルシンキに新しいヒートポンプが再建されるウィキペディア フィンランドのエネルギー.
3. Meta (2020). オーデンセデータセンター:熱回収.
4. 東京都立図書館データベース プログラムウェブサイト.
5. Wahlroos, M., Pärssinen, M., Rinne, S., Syri, S. and Manner, J. (2018). 廃熱利用の将来像：北欧のデータセンターの事例。 Renewable and Sustainable Energy Reviews 82, 1749-1764.
6. Quoilin, S., Van Den Broek, M., Declaye, S., Dewallef, P. and Lemort, V. (2013). 有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムの技術経済調査を行った。 Renewable and Sustainable Energy Reviews 22, 168-186.
7. Ｌｕｎｄ，Ｈ．，Ｗｅｒｎｅｒ，Ｓ．，Ｗｉｌｔｓｈｉｒｅ，Ｒ．らの研究結果を紹介した。 (2014). 第4世代地域熱供給（4ＧＤＨ）の概要を紹介した。 エネルギー68巻1-11.
8. ^ ヴァーノン、S。 (2017). 地域暖房冷房の国際的なレビュー。 エネルギー137、617-631.
9. Germany (2023). Energieeffizienzgesetz (EnEfG), section 11: data centres.
10. IEA (2025). エネルギーとAI.
11. Lazard (June 2026). Levelized Cost of Energy+, version 19.
12. Local Solar System ファウンデーション The Fan Wall open model: the rooftop solar benchmark of $0.19 per kWh.