火力発電とは?仕組みやメリット・デメリットについてでんきの基本キーワード:火力発電(1)現代の日本において、最大の発電量を誇る火力発電。今回は、火力発電を基本から解説し、発電のしくみや燃料、メリットやデメリット、今後の展望についてもお話します。電力事情が変革期を迎えつつある今、知っていると明日使える(かもしれない!?)お話、水力発電とバイオマス発電に続く第3弾をお送りします。今後の展望まとめ電気代を節約するために、電力会社選びをはじめませんか?今回は、火力発電についてお話していきます。火力発電とはまずは、火力発電とは何か、概要を見ておさらいしてみましょう。火力を使って発電する方法、ひいてはその土台となった仕組みはいつ頃確立したものなのでしょうか。世界1769年、イギリスのジェームズ・ワットによって蒸気機関の技術が確立しました。それまでも蒸気機関自体はありましたが、効率の悪さからなかなか実用化には至りませんでしたが、ワットの蒸気機関は効率が飛躍的に向上したことで一気に普及し、産業革命を後押ししました。その後、世界の発明王、トマス・エジソンが世界初の火力発電所を設置します。この「パールストリート発電所」では蒸気機関が用いられていたようです。2011年時点では、世界の電力のうち68%は火力発電でまかなわれています。日本(終戦まで)日本国内では、エジソンが火力発電所を開設した5年後の明治20年、東京は日本橋茅場町に設置された「第2電燈局」が我が国初の火力発電所です。この浅草火力発電所には、出力200kWという当時の世界でも有数の出力を誇る発電機がありました。日本国内では、地形や資源の点で火力発電よりも水力発電が優位だったため、戦前は水力発電で不足する電力を火力発電が補うといういわゆる「水主火従」の時代でした。日本(戦後)戦後、復興が進むにつれて電力需要は逼迫します。この需要に対応するため発電所の増設が図られましたが、時代が進むにつれて水力発電に適するダム候補地が少なくなってきたほか、火力発電の技術が向上したこともあり、次第に火力発電所の建設が進むようになりました。昭和38年には火力発電所の出力が水力発電所のそれを初めて上回り、時代は「火主水従」の時代へと突入しました。石油危機を機に、それまで主要な燃料だった石油から石炭、さらには液化天然ガスへとシフトし、今日に至っています。どれくらいの数の火力発電所があるのでしょうか。平成28年現在では、電力事業に用いられるものとしては日本各地の合計で186の火力発電所があります。この数字の中には、点検等で運用を停止しているものも含まれています。この他に、工場などで使う電気を作るための自家発電用の火力発電所も多数存在しています。詳しい仕組みは後で説明するとして、まずはざっくりとしたお話です。皆さんは蒸気機関車に牽かれる列車に乗られたことはありますか?雄々しく黒煙を吐きながら走る蒸気機関車の姿は格好いいですよね。ところで、蒸気機関車はどのような仕組みで動くか、ご存知ですか?蒸気機関車はその名の通り、蒸気で稼働しますが、どうやって蒸気を作るかといえば、もちろん石炭を燃やして水を沸騰させるわけですよね。その蒸気で車輪を動かす力を生み出し走ります。蒸気機関車の話をしたかというと、実は多くの火力発電も基本的な原理は同じだからです。火力発電所では、燃料を燃やして水を沸騰させ、蒸気でタービンを廻して発電機に回転する力を伝えて発電します。火力発電のメリット・デメリットさて、続いては火力発電のメリットとデメリットをそれぞれ見ていきましょう。メリットまずはメリットから。安定的に発電できるなんと言っても火力発電の最大のメリットは、燃料があるかぎり安定的に発電できる点です。太陽光発電や風力発電とは違って天候に左右されることはありませんし、ダムのように雨が降らなくて干上がってしまうこともありません。エネルギー変換効率が良いエネルギー変換効率とは、読んで字の如く、あるエネルギーを別のエネルギーに変える際の効率のことです。一般的な火力発電のエネルギー変換効率は35~43%、最新の発電所では55%以上になってきており、数ある発電方法の中では水力発電に次いで2番目に良い数字を示しています。[関西電力]出力の調整が容易にできる夏は冷房、冬は暖房......電力需要は時間帯によって大きく変化するものです。火力発電は出力の増減を細かく・素早くコントロールしやすいので、電力ネットワーク全体の状況に合わせた運転が可能です。燃やすと、温室効果ガスのほか、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)、煤塵(すす)が排出されます。硫黄酸化物は四日市ぜんそくの原因にもなった物質ですが、近年では燃料のなかでも硫黄や窒素の含有量の低いものを使用したり、排煙から硫黄酸化物や窒素酸化物、煤塵を取り除く装置が取り付けられたりと、火力発電所では環境に配慮するようになっています。液化天然ガスには、硫黄は含まれません。大気汚染防止対策[関西電力]デメリットメリットがあればデメリットもあります。温室効果ガスを排出する化石燃料を燃やすと温室効果ガスを排出する、というのは皆さんご存知かと思います。同じ温室効果ガスの排出量でより多くのエネルギーを生み出すことで、相対的に温室効果ガスの量を減らす技術の開発が進んでいます。近年では、石炭とバイオマス燃料を混合して発電する、通称「木質バイオマス混焼発電」の導入も進んでいます。バイオマス燃料には、燃やしても二酸化炭素の総量は変わらないという所謂「カーボンニュートラル」という特徴があり、これを石炭と混ぜて燃焼させることで、温室効果ガスの排出が抑制できると期待されています。再生可能エネルギーの導入(再生可能エネルギーの導入)バイオマス発電については、以下の記事でご紹介しています。?仕組みやメリット・デメリットについて燃料費がかさんでいる昨今の厳しい原子力発電情勢の中、その代替の発電方法とされているのが火力発電です。原子力発電所を稼働できないしわ寄せが火力発電所に来ているのですが、火力発電の稼働が増加したことにより、その分燃料費も莫大な金額となっています。報告書によると、平成26年度末までの累積で、燃料費の増加額は実に12.4兆円に達しています。ちなみに、日本の平成28年度予算は100兆円あまりですから、12.4兆円を国家予算に直すとだいたい1.5カ月分ということになります。ゼロ」のしわ寄せで発電所を十分に点検できないメリットの出力調整の点で、「電力需要が逼迫しても発電所の能力さえ超えなければ十分対応できる」と書きましたが、最近では必ずしもそうとは言えなくなっています。原子力発電所の稼働に高いハードルがある現在、代わりに火力発電所をフル稼働させて電力需要を満たしています。中には老朽化しても点検する余裕がないまま稼働しているものもあり、そういった発電所がひとたび故障すれば停電する可能性があります。次に、火力発電の種類と、種類別の発電方法を見ていきましょう。燃料を燃やして、ボイラーで水を沸騰させて水蒸気を作り、その水蒸気でタービンを廻して発電する方法です。タービンとつながっている発電機を廻すことで発電する仕組みです。コンバインドサイクル発電ガスタービンと蒸気タービンの2つを組み合わせて発電する方法です。「コンバインド(combined)」とは、「複数のものが組み合わさっている」という意味を表す英語です。ガスを燃やして発生する1100°Cの燃焼ガスでタービンを廻し、さらにその排熱で水を沸騰させて蒸気タービンも廻してしまう、という具合に2つのタービンのコンビネーションで発電するから「コンバインド」なんですね。略で、日本語に直せば「改良型コンバインドサイクル」、つまりコンバインドサイクル発電をさらに改良したものです。ガスの燃焼温度を1300°C超のより高いものにすることで効率を上げています。エネルギー変換効率は実に55%前後と、従来の火力発電と比較すればかなり優れた数字を示します。略で、改良型コンバインドサイクルをさらに改良したもの、という具合です。MACC発電のガス燃焼温度は1500°C級。エネルギー変換効率は58.6%まで上昇しています。電気系統が連絡していない離島では、島ごとにディーゼルエンジンで発電して電力を供給する「内燃力発電所」が設けられています。非常用発電機もこの内燃システムを用いているものが多くみられます。内燃力発電についてコンバインドサイクルのガスタービン部分も内燃力発電の一種です。内、石炭火力発電の占める割合は26.3%です。石炭の調達先はオーストラリア(74%)、インドネシア(13.8%)、ロシア(7.5%)、カナダ(2.4%)と、世界的に広範囲から輸入しています。1位のオーストラリアは情勢が安定していることもあり、調達先が中東に集中している石油と比べると、地政学的なリスクは少ないと言われています。価格は1tあたり12,914円(平成25年)で、石油や液化天然ガスと比べると安価となっています。石炭は埋蔵量が豊富で、確認されているだけでも後100年以上は採掘が可能な量が眠っています。温室効果ガス火力発電の燃料の内、石炭は比較的温室効果ガス(CO2)を排出すると言われています。内、石油火力発電の占める割合は28.9%です。石油は、その調達先の8割以上を中東に依存しています。そのため、ひとたび中東情勢が不安定になればその分石油価格が高騰するリスクがあります。歴史の時間に「オイルショック」という用語を習った記憶のある方も多いと思います。資源量ひと昔前は「あと40年で石油がなくなる」と言われていましたが、最近では技術の発達で新たに油田が発見されたこともあり、40年経った今でもあと40年分はまだ世界に埋蔵しているとみられています。扱いやすさ石油は、他の燃料に比べると輸送がしやすく、供給網も全国に張り巡らされていることから、扱いやすさに関しては軍配が上がります。扱いやすいゆえに備蓄も豊富で、緊急時にも対応できる点が特徴です。東日本大震災の際には、稼働を停止していた石油火力発電所を緊急稼働させ、電力不足を補いました。「石油が一番扱いやすいのなら、もっと石油火力発電所を増やせばいいのでは?」と思った方もいらっしゃるかもしれません。残念ながらそれはできないのです。1979年に開かれた第3回IEA閣僚級理事会で、石炭の利用促進を図るために採択された「石炭に関する行動原則」のなかで、石油火力発電所の新設やリプレースは禁止されています。Gas)の占める割合は44.8%と、3つの燃料の中では一番大きい数字となっています。液化天然ガスの略で、メタンを主成分とした天然ガスを冷却し液化した無色透明の液体です。天然ガスは、太古の動植物の死骸が地中で圧力と熱を受け、長い歳月をかけて変化したものと考えられています。LNGとはつまり、メタンが主成分のガスが液体にされているものです。いうことは石油とは別物ですね。液化する必要があるのかというと、天然ガスは気体のままだと非常に扱いづらいからです。天然ガスを液化することで体積が600分の1にまで小さくなり、運びやすくなります。ちなみに液化天然ガスの発熱量は13000kcal/kgと高い値です。ガスの調達先は、オーストラリア(20.9%)、マレーシア(17.1%)、ロシア(9.8%)をはじめとして、中東以外の地域が70.2%を占めています。世界的に広範囲から輸入していて、地政学的リスクは高くありません。ガスは、確認されているだけであと約60年分の埋蔵量があるとみられます。最後に、日本国内における火力発電の現状と今後の展望について考えましょう。発電量まずは現状での発電量について。平成26年度には、日本国内の火力発電所で合計約608億kWh発電されました。これを全ての電源での割合に直すと、実に90.4%となります。東日本大震災での福島第1原子力発電所事故の影響で、国内の原子力発電所の再稼働が難しい状況となっているのは前述の通りです。平成22年と平成26年での火力発電の発電量の変化を見てみると、石油火力28%、天然ガス火力43%、石炭火力12%の増加となっていて、合計すると4年間で83%の増加となっています。今後も火力発電は最重要の電源であり続ける可能性は極めて高く、その分温室効果ガスの削減と発電効率の上昇という2つの課題に対処していかなければならない、と言えそうです。以下に火力発電の今後の展望を考えてみましょう。リプレースや新増設による利用可能な最新技術の導入を促進することに加え、発電効率を大きく向上させることで発電量当たりの温室効果ガス排出量を抜本的に下げるための技術(IGCCなど)等の開発をさらに進める。した高効率化技術等を国内のみならず海外でも導入を推進していくことにより、地球全体で環境負荷の低減と両立した形で利用していく必要がある。温室効果ガスの排出量が多い石炭は、やはり地球温暖化対策が必須となります。同時に、老朽化した発電所を建て替える等「ベースロード電源」として今後も十分に活用していけるようた対応が求められます。天然ガス我が国は、現時点では、国際的には高い価格でLNGを調達しており、電源としての過度な依存を避けつつ、供給源多角化などによりコストの低減を進めることが重要である。地球温暖化対策の観点からも、コージェネレーションなど地域における電源の分散化や水素源としての利用など、利用形態の多様化により、産業分野などにおける天然ガスシフトを着実に促進し、コンバインドサイクル火力発電など天然ガスの高度利用を進めるとともに、緊急時における強靱性の向上などの体制整備を進める必要がある。上では言及しませんでしたが、近年は価格が下落しているとはいえ、天然ガスの価格は比較的高いと言われています。多様化、調整電源としての石油火力の活用等を進めることが不可欠である。災害時には、エネルギー供給の「最後の砦」になるため、供給網の一層の強靱化を推進することに加え、内需減少とアジア全域での供給増強が同時に進む中、平時を含めた全国供給網を維持するため、石油産業の経営基盤の強化に向けた取組などが必要である。その利便性や災害時の機動性から、なくてはならない存在です。述べたように、石油火力発電所の新設は禁止されていますので、既存の発電所を修繕し続ける必要があります。原子力発電との兼ね合い先に述べたように、原子力発電の代替として火力発電が利用されることで、莫大な燃料費が流出しています。言って燃料の輸入を止めるわけにもいかず、やむを得ない側面もありますが、原子力発電所の本格的な再稼働は見込めず、安定的な代替電源を火力発電に頼らざるを得ないなか、なかなか厳しい燃料費状況は今後も続きそうです。再生可能エネルギーとの兼ね合い「再生可能エネルギーが普及すれば、火力発電を段階的に減らすことができる......」と考える方もいらっしゃるかもしれませんが、一概にはそうとも言えません。太陽光や風力など、再生可能エネルギーのうち発電量が天候によって左右されるものが普及すれば、実はより一層ベースロード電源の重要性が増すのです。発電が不安定でいつ停電するかわからないような電源は、やはり安定的に発電できる電源のバックアップが必要です。再生可能エネルギーの技術も十分には発達していない中で、火力発電を代替できるとは言えません。ついて見てまいりました。原子力発電所を本格的に再稼働できなければ今後も代替電源としての重要性は増す再生可能エネルギーが普及すれば、安定的に発電できるベースロード電源としても役割は大きい「温室効果ガスの削減」「発電効率の上昇」という2つの課題と付き合っていく必要がある電気代を節約するために、電力会社選びをはじめませんか?電気代が気になるなら、電力会社のプランを見直すことも大事です。多くの電力会社の様々なプランから選ぶのは大変ですよね。「エネチェンジ電力比較」では、かんたんな質問に答えるだけで電気料金のシミュレーションを行い、あなたのご家庭にぴったりな電気料金プランをご案内いたします。無料でご利用いただけます。@enechangeエネチェンジ診断で、電気料金を比較・節約!切り替えるといくら節約できるのか、確認してみましょう。ご一読いただき、内容に同意いただけましたら、「この条件で電気代比較」ボタンを押してください。一度切り替え済みなど、新しい電力会社をすでにご利用の場合は下記よりお進みください。代理店様募集ページ日本最大級の電気とガスの比較サイトを運営するエネチェンジと共同で、法人需要家様向けに「電力切り替えサービス」を提供しませんか?弊社カウンセラーが法人需要家様に対し電気使用量やご希望などのヒアリングを行い、ご要望に合ったプランの提案を行います。法人需要家を抱えている企業様はお気軽にご相談ください。