エネルギー設備において、電力などのエネルギーを生産するには、資源の調達(採鉱、運搬など)や、設備(タービン、発電機など)の製造・建設や解体・廃棄などのためにエネルギーを投入する必要がある。投資エネルギー」の倍率で示したものがエネルギー収支比である。この値が大きくなるほどエネルギー設備としての性能が良いことを示す。後述するように、投資エネルギーをどこまで考慮するかでEPRにはある程度揺らぎが発生するが、近年の発電施設のEPRは概ね以下の値程度と言われている。EROEI)とは、発電や発熱などのエネルギー生産設備の性能を表す指標の一種である。エネルギー投資効率とも呼ばれる。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.09.06コメント(0)エネルギー変換効率エネルギーを他の形態に変換する場合は、その効率は入力エネルギーと出力エネルギーを同一のエネルギー単位に換算してもとめられる。火力発電の場合、燃料の保有発熱量が入力エネルギー、電気エネルギーが出力エネルギーであり、いずれもジュールに換算することで効率が得られる。電気エネルギーに変換されなかった分が廃棄熱(エネルギー)に相当する。全世界の2008年度発電実績は消費エネルギーは石油換算トン(ktoe)4,398,768キロトンで生産電力はグロスで1,735,579ktoe相当の電力(20,185TWh)、最終消費に供給された電力は1,446,285ktoe相当の電力(16,430TWh)であった[1]。グロスの効率は39%、最終効率は33%となる。求める出力とそれを得る為に消費した入力との割合である。投入したエネルギーと回収(利用)できるエネルギーの形態は、同一ではない。太陽電池の場合、受光エネルギーに対する、出力電気エネルギーの比で、エネルギー効率をさす場合もある。この場合においては変換効率と称することが多い。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.08.06コメント(0)エネルギー効率エネルギー効率(エネルギーこうりつ)とは、広義には投入したエネルギーに対して回収(利用)できるエネルギーとの比をさす。狭義には、燃焼(反応)させるエネルギーのうちどれだけのエネルギーが回収できるかという比率のこと。静止質量による静止エネルギーのような利用できないエネルギーを除いた有用な或いは抽出可能なエネルギーで測定される。宇宙論や一般相対論などでは、エネルギー密度はエネルギー・運動量テンソルに対応すると考えられている。エネルギー密度は圧力と同じ次元を持っており、圧力は系における単位体積あたりのエンタルピーを測定したものであるとも言える。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.07.17コメント(0)エネルギー貯蔵(熱エネルギー貯蔵)熱貯蔵(蓄熱)は、後で使用するために一時的に熱を蓄えるか、または熱を除去することである。太陽熱を日中に集め、夜間の暖房などに使用する。実際にはこの逆で冷房のための蓄熱利用の方が多い。夜間の安価な電力で氷を作り、それを日中の冷房に利用するといった方式がある。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.07.09コメント(0)エネルギー貯蔵(再生可能エネルギーの貯蔵)太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーは、間欠的に動力を生成する。この場合、安定したエネルギー供給にするにはエネルギー貯蔵が必須である。再生可能エネルギーの普及には、電力網におけるエネルギー貯蔵、需要に対応した供給、エネルギーの変動相場制が必要となる。いった対策を講じないと、間欠的なエネルギー源で全電力の20%から30%以上を供給することができない。電力供給の損失とコストを管理できれば、様々な間欠的な電力源を接続しても、電力網全体の信頼性を増大させることができる。太陽光発電は技術的には間欠性があるが、ピーク需要時間帯である昼間はある程度発電できる。場所によっては太陽光が最も強い時間帯と電力需要がピークに達する時間帯は一致しないことがあるため、より効率的なエネルギー貯蔵法の研究が盛んに行われている。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.07.01コメント(0)エネルギー貯蔵(力学的貯蔵)エネルギー貯蔵手段として、水を高い場所に汲み上げて揚水発電に使ったり、空気を圧縮したり、フライホイールを回したりという方法がある。1kgの質量を1000m持ち上げると、9.81KJのエネルギーを貯蔵できる。これは1kgの質量を秒速140mに加速するのと等価である。これと同じエネルギーを使えば、1kgの水の温度を2.34°C上昇させることができる。安価な岩や砂、コンクリートの塊でも高い場所に移動させれば、1m3の鉛蓄電池より大量のエネルギーを蓄えることができる。鉄道を利用したシステムが試験されている。圧縮空気の形でエネルギーを貯蔵するには夜間の安価な電力を使えばよく、圧縮空気は地下の空洞に溜めればよい。電力需要のピークの時間帯にこれを解放し、普通の燃焼型タービンの排気熱でその空気を熱する。熱した空気を膨張タービンに使えば発電できる。施設は1991年にアラバマ州マッキントッシュに建設され、稼動に成功している。二酸化炭素ガスを使ったCAESによるエネルギー貯蔵を2008年10月24日に提案している。いくつかの企業は、圧縮空気を自動車の動力源とする研究(圧縮空気車)を行っている。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.06.21コメント(0)エネルギー貯蔵(合成炭化水素燃料)実験室レベルでは、大気中の二酸化炭素を炭化水素燃料に変換できるが、何らかのエネルギー源を必要とする。産業化するには、太陽光をエネルギー源として人工光合成と呼ばれる技術を使うことになる[9][10]。他のエネルギー源としては、太陽光発電や太陽熱や原子力が考えられる[11][12]。製造が実現すれば、製造した燃料を燃やすまでは大気中の二酸化炭素を減少させることができ、燃やしても製造前に比べて大気中の二酸化炭素量が増えない。燃料の消費量を上回る製造量を技術的に達成できれば、二酸化炭素による温室効果を克服することができる。エネルギー貯蔵を目的にしないとしても、液体燃料を使うしかない航空機の燃料として、さらには、プラスチックなどの工業原料として石油に類する人工合成物質は必要であり、炭化水素の人工合成は将来の必須技術といえる。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.06.13コメント(0)バイオ燃料バイオディーゼル、植物油燃料、アルコール燃料、バイオマスといったバイオ燃料は、炭化水素燃料の代替となりうる。様々な化学プロセスを使えば、石炭、天然ガス、バイオマス、有機性廃棄物などに含まれる炭素と水素を既存の炭化水素燃料の代替となる短い炭化水素に変換できる。ドイツでは石油の入手が困難だったため、これらをディーゼルエンジンに使っていた。今日では南アフリカが同様の理由で石炭からディーゼル燃料を作っている。原油価格が長期に渡って35ドル以上となれば、このような合成液体燃料を大規模に製造すれば経済的に見合うことになる可能性もある。このような変換プロセスにおいても、エネルギー損失がある。歴史的には石炭そのものを蒸気機関で使っていた。天然ガスを使った天然ガス自動車もある。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.06.05コメント(0)貯蔵方法(水素)水素は電力貯蔵媒体としても研究されている。水素はまず他のエネルギー源を使って製造する必要があり、一次エネルギー源ではないが、エネルギー輸送手段になる。水素貯蔵は、貯蔵手段として再生可能エネルギーを普及させる重要なファクターとなる。地下水素貯蔵は、地下の洞窟や岩塩ドーム、あるいは枯渇した油田やガス田に水素を貯蔵する方式である。ICIは大量の水素ガスを地下の洞窟に長年貯蔵しているが、特に困難は発生していない[3]。地下に大量の水素ガスを貯蔵することで余剰電力を貯蔵することができる。ターボエキスパンダーを使って水素ガスを200バールまで圧縮するのに要する電力量は圧縮する水素のエネルギー量の2.1%である。太陽エネルギーや風力エネルギーなどの間欠的な再生可能エネルギーと組み合わせれば、出力を直接電力網に供給できる。電力需要の20%未満であれば、経済への影響はあまり大きくないが、20%を超える部分を再生可能エネルギーと水素貯蔵がまかなうようになれば重要性を帯びてくる。再生可能エネルギーを水素を作るのに使うと、利用可能なときだけそれを行えばよい。やって水素を貯蔵しておけば、必要なときに使うことができる。2007年から5年間の計画で風力原動機と水素発生装置を使った実験が行われている[5]。2004年から継続中である。水素貯蔵サイクルでは、電気分解で水素を製造して液化または圧縮し、それを再び電力に変換する場合、そこにはエネルギーの損失がある。これは、バイオ水素を使って93%のマイクロCHPのような燃料電池を製造し、そこから電力を得る場合でも同様である。1kgの水素を製造するには約50kWh(180MJ)の電力を必要とし、この電力消費量は発電以外の用途に水素を使う場合でも明らかに重要である。アメリカ合衆国ではピーク時以外の電気料金はkWh当たり0.03ドルであり、1kgの水素を作るのに1.50ドルの電気を必要とする。アメリカで1.50ドルぶんのガソリンを自動車で使った場合、1kgの水素を使った燃料電池と走行可能距離がほぼ同じとなる。水素ガスから燃料電池を作るには、圧縮または液化し、工場まで輸送する必要があり、これらのコストは小さいとは言えない。日本の場合通常25円/kWh程度であり水素1kgの価格は1250円、夜間電力10円/kWhとすると500円程度となりアメリカと比べ非常に割高になる。storage)とは、発電所が余分な電力を一時的な電力貯蔵施設に送電しておき、電力需要が大きくなったときにそこが電力を供給する側になるという方式である。これは、夜間と昼間の電力の需要と供給を一致させる方式の1つとして注目されている。世界の一部地域(例えば、アメリカ合衆国ではワシントン州やオレゴン州、イギリスではウェールズ)では、地形の特徴を利用して電力消費が低い時間にポンプで水を高地の貯水池に汲み上げ、電力需要ピーク時にその水を使ってタービンを回して発電している。その他にもフライホイール・バッテリーや地下の洞窟に圧縮空気を貯蔵する方式など、様々なテクノロジーの研究が進んでいる。太陽熱エネルギーを貯蔵するのに溶融塩を使い、必要に応じて発電に使う方式を研究中である。太陽熱で熱した溶融塩を断熱コンテナに貯蔵し、必要なときに水をそれで熱し、発生した蒸気でタービンを回して発電する。炭化水素燃料が輸送の際のエネルギー貯蔵形式としては支配的である。燃料としてこれを使うと、温室効果ガスが発生する。水素などの炭酸ガスを発生しない燃料や、ある種のエタノールやバイオディーゼルなどの実質的に炭酸ガスを増やさない燃料は、温室効果ガス増加の懸念への対応策と見なされている。いう電気化学装置は電池とほぼ同時期に発明された。様々な理由から燃料電池は開発が進まなかった。その状況が変わったのは、有人宇宙船(ジェミニ計画)で軽量で発熱しない(高効率の)電力源を必要としたことが発端だった。近年では、炭化水素や水素燃料が持つ化学エネルギーを高効率で電気エネルギーに変換すべく、燃料電池の開発が進んでいる。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.04.16コメント(0)化学燃料は、発電とエネルギー輸送の両方で支配的なエネルギー貯蔵の形式となっている化学燃料は、発電とエネルギー輸送の両方で支配的なエネルギー貯蔵の形式となっている。(LPG)、プロパン、ブタン、エタノール、バイオディーゼル、水素などがある。これらは全てすぐに力学的エネルギーに変換でき、それを熱機関(タービンなどの内燃機関、ボイラーなどの外燃機関)に使って発電し電気エネルギーに変換できる。熱機関を使った発電機はほとんどどこでも使われており、数キロワットを発生する小さなものから800メガワット程度の大型のものまで様々である。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.04.08コメント(0)電気を貯蔵する手段としては、まず電池という電気化学装置が開発された電気を貯蔵する手段としては、まず電池という電気化学装置が開発された。容量が小さくコストが高いため、発電システムでの利用は今のところ限定的だった。同様の問題の似たような解決策としてはコンデンサがある。今日ではごく少数の企業がTESの製造を行っている。熱エネルギー貯蔵のよくある形式は、氷を貯蔵しておいて冷却する方式である。氷は水よりも少ない量でより多くのエネルギーを貯蔵でき、燃料電池やフライホイールより安価である。熱エネルギー貯蔵は日中のピーク電力需要をギガワット単位でシフトさせ、コストもかからず、35カ国以上の3,300以上の建物で使われている。TESは、夜間の安い電力で氷を作って熱エネルギーを貯蔵し、翌日の日中にその建物の空気を冷やすのにその氷を使う。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.04.01コメント(0)エネルギー貯蔵が経済発展の重要なファクターとなった発電やガソリンやケロシン、天然ガスなどの精製化学燃料が19世紀末に広く普及したことで、エネルギー貯蔵が経済発展の重要なファクターとなった。それまでの木や石炭などによるエネルギー貯蔵とは異なり、電気は発電したものを即座に使うという使い方だった。電気を大規模に貯蔵するということはこれまで行われてこなかったが、今後はその状況に変化が予想されている。2009年アメリカ復興・再投資法に基づき、エネルギー貯蔵法とスマートグリッドへの応用の研究が行われている。電気は閉回路内を流れ、基本的にはどんな実用的用途であっても電気エネルギーそのままの形で貯蔵することができない。これは電力需要の急激な変化に対して供給低下(電圧低下や停電)を全く起こさないことを保証できず、別の媒体に電気エネルギーを格納しなければならないことを意味している。再生可能エネルギーも供給安定のためには貯蔵する必要がある。風は間欠的に吹くので、無風状態の期間を埋めるために貯蔵が必要だし、太陽エネルギーも天気が悪ければ使えないので、太陽エネルギーが使えない間の補填のための貯蔵が必要となる。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.03.27コメント(0)エネルギー貯蔵は意図的な活動として有史以前から存在していたエネルギー貯蔵は意図的な活動として有史以前から存在していたが、エネルギーを貯蔵していると明確に意識して行われていたわけではない。力学的エネルギーを意図的に貯蔵した例として、丸太や石を古代の砦の防御に使った方法がある。丸太や石を丘や城壁の上など高いところに集め、そうして蓄えた位置エネルギーを敵方が範囲内に入ってきたときの攻撃に使った。最近の例では、水路を制御して水車を回し、粉をひいたり機械を動かしたりした。貯水池とダムの複合システムは水(とその位置エネルギー)を蓄え必要に応じて解放して利用するために建設された。自然の過程としてのエネルギー貯蔵は、宇宙そのものと同じぐらい古くからある。宇宙が生まれたとき存在したエネルギーは太陽などの恒星に貯蔵し、人類はそれを直接的(すなわち太陽熱)または間接的(すなわち、作物の成長や太陽電池で電気に変換するなど)に利用している。エネルギーを貯蔵することで人類はエネルギーの需要と供給のバランスをとることができる。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.03.19コメント(0)エネルギー貯蔵エネルギー貯蔵媒体とは、エネルギーを何らかの形で格納する物質であり、後から利用可能な形でそれを引き出せるものである。貯蔵するエネルギーの形態としては、位置エネルギー(例えば、化学エネルギー、重力エネルギー、電気エネルギー)と運動エネルギー(例えば、熱エネルギー)がある。ぜんまいを巻いた時計は位置エネルギーを蓄え(この場合は、ばねの弾性力)、電池はコンピュータの電源が切れているときでもそのクロックチップを動かし続けるために即座に変換可能な化学エネルギーを蓄え、水力発電用ダムはその貯水池に重力位置エネルギーを蓄えている。氷の貯蔵タンクは、夜間に氷(熱エネルギー)を蓄え、ピーク時の冷房需要に備える。石炭や石油といった化石燃料は過去の太陽エネルギーを貯蔵している。言えば、食品(化石燃料と生成過程は同じ)は化学物質の形でエネルギーを貯蔵している。強く、単純に述べることは難しい。近年は、地球温暖化への関心の高まりから、温室効果ガスの削減に向けた京都議定書と、その履行に注目が集まっている。再生可能エネルギーの利用増大などに注目が集まっている。エネルギー利用の効率化が進められてきている。産業部門ではエネルギー源単位の改善が継続的に行われていて、民生部門では省エネルギー家電の開発・普及が進められている。運輸部門では、ガソリンエンジン単体での効率向上だけではなく、ハイブリッドカーなどの新しいシステムを導入することによる効率向上も進められている。エネルギーが着目されるようになった。これらのエネルギーは、二酸化炭素をはじめとした環境汚染の原因物質をほとんど出さず、継続的に利用可能であることから再生可能エネルギーと呼ばれている。バイオマスなどのさまざまな再生可能エネルギーの利用に向けた研究開発が進められているものの、未だ一般に用いられるほどには普及が進んでいない。燃料電池は、水しか排出しないために環境に優しいと考えられており、民生部門や運輸部門にて導入が期待されていて研究開発が盛んに行われている。その燃料に用いられる水素はメタンから作られ、その過程に二酸化炭素を発生するため、問題解決への優れたエネルギーであるとは言いがたい面もある。核融合は、核分裂よりもより大きなエネルギーを得ることのできる方法である。放射線や放射性廃棄物を生み出すものの、核分裂よりはリスクが少ない。当初は軍事用途(水素爆弾)にて用いられていたが、核融合炉等の発電用途に向けた研究開発も進められている。現れたエネルギー源である。蒸気機関や内燃機関が基本的には化学物質の燃焼であるのに対して、原子核分裂では核分裂反応を利用しているために、莫大なエネルギーを取り出すことが可能である。核分裂エネルギーは、当初原子爆弾などの軍事用途に用いられていたが、戦後は発電用途(原子力発電)でも用いられるようになる。核分裂反応では放射性廃棄物が発生するために、特に原子力発電では放射性廃棄物の処分が問題となることも多い。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2019.02.18コメント(0)内燃機関の発明その後、蒸気機関よりも、直接的に熱エネルギーを力学的エネルギーへ変換する手法として、内燃機関が発明される。社会の電化が進むこととなる。徐々に石油や天然ガスへ移行している。現在でも発電部門を中心として石炭蒸気ボイラーは相当数利用されている。大規模な熱エネルギーの利用形態である蒸気機関が発明されて、産業革命の原動力となり社会を大きく変えることとなる。蒸気機関は、熱エネルギーを水蒸気の形で蓄えて、力学的エネルギーに変換することのできる機関である。農耕が始まるとともに、風力、水力、エネルギーは風車や水車などを動かす機械の動力として利用されはじめる。太陽光エネルギーは食べ物の乾燥、加熱などに利用されるようになる。人類のエネルギー利用は、木と木の摩擦によって生じる熱エネルギーからといわれる。熱エネルギーを活用して木々を燃やし、暖を取り、調理を行っていた。ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ|ウィルウェイ2018.11.22コメント(0)エネルギー源エネルギー源は、広義には他のエネルギー源に変換しうるものを指す。狭義には一次エネルギー源を指すことが多い。一次エネルギー源は、自然界に存在しているエネルギー源を指し、二次エネルギー源は一次エネルギー源を何らかの形で変換したものを指す。多くの場合、二次エネルギー源は電力、水素を指し、それ以外が一次エネルギーと考えることができる。最近では一次エネルギー源は、再生可能エネルギーと枯渇性エネルギーに分類されて論じられることが多い。