発電にはどのような種類があるのか

発電にはどのような種類があるのか
私たちの生活における電気の重要性

私たちが生活の中で用いるエネルギーには、基本的に以下2つの使い方がありますす。

①灯油・ガス・ガソリン等の化石燃料として使う
②電気として使う

実際の生活場面に落とし込んで考えると、『①灯油・ガス・ガソリン等の化石燃料として使う』は「暖房器具で使用する」「給湯器や調理器具で使用する」「自動車等の燃料として使用する」といった場面が該当します。逆に、それ以外の生活場面のほぼ全ては『②送電された電気として使う』が該当します。身の回りの器具のほとんどは電気を使って動いていることは疑う余地がありません。もちろん、灯油ストーブの制御にも電気は使われています。このように、電気は私たちの生活になくてはならないものです。
では、この生活で使う電気はどこから送電されてくるのかを考えてみましょう。昨今、家庭用の太陽光発電導入が進んでいるものの、容量ベースは全体の約5%、戸数ベースでも全世帯の約7%の導入にとどまっています(図1参照)。したがって、多くの家庭で使用される電気のほとんどは発電所から送られてきているというのが現状です。

図1 住宅用太陽光発電導入件数
(出展:太陽光発電を取り巻く状況と今後の展望 一般社団法人 太陽光発電協会)

発電の仕組み

では、電力のほとんどは発電所で作られますが、どのような発電の種類があるのかをみていきましょう。その前に、発電には大きく分けて2つ仕組みがあるので、それぞれを簡単にご紹介します。

発電機を利用して発電する

発電機とは、電磁誘導を利用して電気を発生させる機械のことを指します。理科の授業で「コイルに磁石を通すと電流が発生する」という電磁誘導について習ったかと思いますが、この原理を応用して電気を起こす機械が発電機です。
この発電機を利用した発電では、何らかの方法により運動エネルギーを発生させ、発電機を介して電気エネルギーを取り出す、という一連のフローにより電気を発生させます。
なお、運動エネルギーを発電機に送るためには、発電機に直結したタービン(羽根車)を回すことが必要となりますが、タービンの回し方の違いにより、さまざまな発電の種類が存在します。
つまり、何らかの方法でタービンとそれに直結された発電機を回すことによって電気を取り出す仕組みが「発電機を利用した発電」と分類されるのです。さらに、タービンを回す方法により、火力発電、原子力発電、水力発電、風力発電等の種類に分けられます。
火力発電は、天然ガス・石油・石炭を燃焼させた際に発生する燃焼ガスや高温高圧の蒸気をタービンに吹き付けることで発電します(図2参照)。
原子力発電は、核燃料が核分裂する際の熱を利用して発生させた高温高圧の水蒸気をタービンに吹き付けることで発電します(図2参照)。
水力発電は水の流れでタービンを回す、風力発電は風の力でタービンを回すことで発電します(図3、4参照)。
以上の「発電機を利用して発電する」という仕組みは、古典的(従来式)な発電方法でありながら、化石燃料や核燃料を利用したものだけでなく、水力や風力といった自然(再生可能)エネルギーを用いたものまで、多岐に渡ります。
自然(再生可能)エネルギーを用いた発電方法については後述します。

図2 火力発電・原子力発電の概略図
(出展:資源エネルギー庁HP 「エネルギー政策広報・教育」)

図3 水力発電の概略図
(出展:資源エネルギー庁HP 「エネルギー政策広報・教育」)

図4 風力発電の概略図
(出展:資源エネルギー庁HP 「エネルギー政策広報・教育」)

発電機を利用しないで発電する

代表的なものは、太陽光発電が該当します。
太陽光発電とは、光を受けると電気エネルギーを発生するシリコンなどの半導体を利用した発電方式を指します。太陽光エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すと(タービン、発電機を介さない)いう点で、従来型とは異なる発電の仕組みです(図5参照)。なお、太陽光発電パネルは太陽電池とも呼ばれます。

図5 太陽光発電(太陽電池)の概略図
(出展:資源エネルギー庁HP 「エネルギー政策広報・教育」)

太陽光発電は、私たちの身近な自然(再生可能)エネルギー発電の一つですが、大型太陽光発電プラント(メガソーラー)も実運用されていて、活躍の場は家庭用だけではないと考えられます(図6参照)。

図6 1,000MW級のメガソーラー
(出展:Government of India, Ministry of New and Renewable Energy「Akshay Urja/october-2017」)