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太陽光発電と各発電所の特徴や違い【ベースロード電源】

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目次

①ベースロード電源とは?
①-1 石炭火力発電
①-2 流れ込み式の水力発電
①-3 地熱発電
①-4 原子力発電

②ミドル電源とは?
②-1 LNG(液化天然ガス)火力発電
②-2 LPG(液化石油ガス・プロパンガス)

③ピーク電源とは?
③-1 石油火力発電
③-2 流れ込み式以外の水力発電
③-3 太陽光発電

④太陽光発電はダックカープ現象の問題がある!
⑤太陽光発電はベースロード電源になる?

 

 

 

①ベースロード電源とは?


出典:資源エネルギー庁「電源開発の概要」

 

ベースロード電源とは、安くて安定性があり、外国に頼らなくても供給できる電力の事を指します。
大前提として、日本の電力会社は電力の安定供給という使命があり、停電や電気供給の波があってはならないのです。

 

近年では新電力という電力の小売り事業が認められましたが、最終的には東京電力等の電力会社がバックアップしています。

 

デメリットとしては、総じて一度稼働させてしまったら、「おいそれとは止める事が出来ない事」「発電量の調整が難しい事」が挙げられます

 

ベースロード電源と呼ばれているものには、「石炭火力発電」「流れ込み式の水力発電」「地熱発電」「原子力発電」があります。

 

 

 

①-1 石炭火力発電

石炭火力発電は、日本全体の電力の30%を担っている電源で、価格が非常に安い「価格性」と資源が無くなるまで115年と枯渇性資源(再生不能資源)の中では断トツで長い「安定性」という部分が評価されています。

 

日本だけでなく世界を見ても40%のシェアを獲っているのが石炭がどれ程重宝されているか分かるでしょう。
特に中国なんかは70%のエネルギーを石炭だけで担っています。

 

また、石油の様に国によって発掘できる地域に偏りはなく、世界中のありとあらゆる地域から採取が可能です。
日本にも自国消費量の112年分にのぼる大量の石炭が眠っていますが、発掘コストが輸入コストよりも高い事から、99%以上を輸入しています。

 

国との関係が悪くなったとしても、最悪自国から発掘できるというメリットもあります。

 

気になるCO2に関しては最も排出してしまう石化燃料ではありますが、そこは日本と言ったところでしょう。
黒煙がモクモクと立ち昇り環境に悪いイメージは過去のもので、日本のクリーンコールテクノロジーにより、黒煙は出る事なく、以前よりも「硫黄酸化物」「窒素酸化物」「ばいじん」等は90%以上軽減させる事が可能になっています。

 

勿論「脱炭素」の動きは世界でも進められておりますが、新興国では安価なエネルギーがどうしても必要となる為、まだまだ石炭の需要は多いと言われております。

 

日本でも環境省が2017年に新たな石炭火力発電所の建設をSTOPさせた事が話題になりました。

 

 

 

①-2 流れ込み式の水力発電

水力発電は水源が豊富な日本ならではの電源と言っても良いでしょう。

 

CO2の排出が無く、建設コストも安い事から、ベースロード電源とされております。
しかし、水力発電でも、細かく分かれば「流れ込み式」「調整池式」「貯水池式」「揚水式」に分類され、ベースロード電源とされるのは、流れ込み式のみとなります。

 

上記4種類を含めて、世界の電力の約16%が水力発電で賄われております
また、日本を含めた上位10か国で約70%を占めています。
日本だけで言えば、約9%の割合です。

 

流れ込み式は、川の流れを利用して発電する方法です。
例えば、水車なんかは良い例ですね。

 

川の水がなくなったという様な事態でなければ、常に安定しています。

 

デメリットとしては、大規模の発電所を建設しにくく、中小規模の発電所が大多数というとこです。

 

 

 

①-3 地熱発電

地熱発電は、地面の下の熱源で暖められた水で発生する蒸気をタービンで回して発電する方法です。
水力と同じく、CO2の排出は少ない発電方法です。

 

この地下の熱源とは、端的に言えばマグマの事です。
日本は地熱大国と呼ばれており、全世界で3番目に多い地熱資源を持っております

 

マグマ自体は地下数十キロの場所にあり、それを活用する技術はまだありません。
しかし、地下数キロにある「地熱貯留層」と呼ばれる浅い地域があり、そこで地熱発電をしております

 

方式としては、「シングルフラッシュ方式」と「ダブルフラッシュ方式」「バイナリー方式」があります。

 

シングルフラッシュ方式・・・通常の地熱発電で、日本ではこちらが主流です。
ダブルフラッシュ方式・・・シングルフラッシュで分離させた熱水を、さらに減圧して蒸気を発生させる方法です。発電量は2割ほどアップしますが、コストも高くなります。
バイナリー方式・・・熱量がたりない地熱貯蔵層に、さらに熱を加えて蒸気を作る方法です。

 

デメリットとしては、やはり場所が限られており、日本で地熱発電はメジャーではない事です。
日本での地熱発電の割合は0.2%しか担っておりません。

 

あくまで安定的に供給できる電源ではあるが、決して主力に出来る電源ではないという事ですね。

 

また、地熱貯蔵層は観光地域に多く点在しているので、観光資源との調和が難しいという部分もあります。

 

 

 

①-4 原子力発電

原子力発電は、ウランを核分裂が連続させ、その熱によって発生した水蒸気をタービンで回して発電させています。

 

原理としては、水蒸気をどうやって発生させるかの違いだけで、その他は火力発電と同じです。

 

日本では石炭と同じく30%程のエネルギーを補っており、重要な発電方法でした。
CO2も出さないず、低価格というメリットがあります。

 

しかし、2012年の東日本大震災で周知の通り、一度事故が起こってしまうと、放射線リスクがあり、非常に危険な諸刃の剣となってしまうのです。

 

今では数%以下しか担っておりません。

 

 

 

②ミドル電源とは?


出展:北陸電力「エネルギー・ミックス ~日本の電源構成と課題~」

 

ミドル電源は、ベースロード電源よりも停止や再稼働が容易に出来る電源です。
基本的にベースロードで一定の電源を確保しつつ、ミドル電源で電力の帳尻を合わせているのが今の日本の現状です。

 

デメリットとしては、ベースロードよりも若干電気単価が高いとう点があります。

 

ミドル電源と呼ばれているものには、「LNG(液化天然ガス)火力発電」「LPG(液化石油ガス・プロパンガス)」があります。

 

 

 

②-1 LNG(液化天然ガス)火力発電

LNG火力発電は、太古の生物や植物の地中に埋もれて、ガスに変化したものを-162℃にまで冷やして活用する発電方法です。
-162℃にまで冷やすと体積が約600分の1にまで圧縮されるので、運搬がスムーズになり、貯蔵する事も容易になります

 

また、非常にコンパクトになるので、住宅街でも発電所が作れるというメリットがあります。
日本では約45%程の電力をLNG火力によって賄われており、火力発電所だけでも約70はLNG火力発電です。

 

価格とフレキシブルさのバランスが良いので、日本では最大の発電方法となります。

 

しかし、枯渇性資源でもあり、世界の埋蔵量は約60年分しかないと言われています。

 

 

 

②-2 LPG(液化石油ガス・プロパンガス)

LPGは、石油から作られたガスで、皆さんもご存じの通りのプロパンガスの事です。

 

特に発電所という括りではありませんが、災害時の独立した電源として、各家庭で保有できる燃料なので、ミドル電源と言われております。

 

LGPは3つに区分けされています。

プロパンガス・・・プロパンとプロピレンが95%以上で家庭用で使用されている。
ブタンガス・・・ブタンが95%以上で工業用として使用されている。
オートガス・・・プロパンとブタンのミックスで自動車用として使用されている。

 

 

 

③ピーク電源とは?

 

ピーク電源はミドル電源よりもさらに停止・再稼働が容易に出来る電源です。
3つの電源の部類の中で、最も価格が高い発電方法となります。

 

ピーク電源と呼ばれているものには、「石油火力発電」「流れ込み式以外の水力発電」「太陽光発電」があります。

 

 

 

③-1 石油火力発電

石油を使った火力発電は、調達がしやすいというのが最大の特徴です。
また、LNGよりも運搬がし易いというメリットがあります。

 

デメリットとしては、石油は主に中東諸国に頼らなくてはいけないので、経済不安がある点です。
特に宗教的な意味合いが強い国家が多いので、しょっちゅう戦争や内乱が起こっており、本来であれば国としても主力にしたいエネルギーではありますが、現状は上記の理由からピーク電源と言われております。

 

日本史の教科書でも載っている「オイルショック」なんかはその典型ですね。
日本中で大パニックが起きておりますので、政府としては同じ過ちを繰り返したくないと考えているのです。

 

ガソリンの1ℓあたりの価格も常に変動しており、ここ数年を見てもとても安定しているとは言えないでしょう。

世界の埋蔵量で言えばあと50年と言われております。

 

 

 

③-2 流れ込み式以外の水力発電

文中でも書いた「調整池式」「貯水池式」「揚水式」の水力発電は全てピーク電源です。

 

調整池式・・・水を貯めておける調整池を作り、電力が足りない時に上から流して落差を利用して発電する方式です。
貯水池式・・・調整池式とほぼ同じで、調整池ではなくダムで発電する方式です。
揚水式・・・調整池を上と下に2つ作り、昼間の電力消費が多い時間帯は上からの落差で発電させ、夜間に下に流した水を上に戻す方法です。

 

特にピーク時には揚水式で電力を多く補っています。

 

 

 

③-3 太陽光発電

太陽光発電は言わずとしれた太陽光で電力を発生させる発電方法です。
所謂、再生可能エネルギーと言われるもので、エネルギー源は無限にあるので、今後が期待されています。

 

ソーラーパネルの発電の仕組みとしては、パネルで発電した直流の電力をパワーコンディショナーと呼ばれる装置で交流の電力にて、家庭内で使える様にしています。

 

プロパンガスの様に各家庭で設備を持つ事が可能 かつ 燃料が要らないのがメリットです。

 

デメリットとしては、最初に吐き出す費用が大きくので、普及率は伸びつつありますが主流とは呼べない事ですね。

 

 

 

④太陽光発電はダックカープ現象の問題がある!


出展:蓄電池バンク「蓄電池専門用語集 – ダックカーブ現象」

 

先ほど日中にしか発電しないと書きましたが、上記のグラフは太陽光発電が増えすぎてしまった結末の話です。
まるでアヒルの様な曲線を描く事から「ダックカーブ現象」と言われております。

 

では何故、ダックカーブ現象が問題になるのか?

 

文中にも書いた通り、電力は常に安定させなければいけないのが大原則です。
この様に並み並み打ってしまうのは、昼間にはベースロード電源の調整が必要になったり、夜間には調整が間に合わず電力の供給が出来ないといった現象が発生するのです。

 

この現象を解決する方法は、日中の電気代を上げる事等がありますが、現在の取り組みでは、蓄電池を併用し日中余った電力を夜間に使用する事でこの問題が解決しつつあります。

 

 

 

⑤太陽光発電はベースロード電源になる?


出展:総合資源エネルギー調査会「長期エネルギー需給見通し小委員会(第8回会合)」

 

長々と各発電方法の簡単な説明をしましたが、結論から言えばベースロード電源には絶対にならないと分かると思います。

 

地熱発電も日本で賄っている電力の割合としては非常に少ないですが、ベースロード電源と呼ばれている理由はずばり「安定性」

 

現状では、日中にしか発電出来ない太陽光発電はベースロード電源にするのは難しいのです。
ただ、先ほどのダックカーブ現象を蓄電池でカバー出来る様になれば、ミドル電源~ベースロード電源の間の電源に昇華させる事も可能です。

 

上のグラフは2030年のエネルギーミックスの目標です。
ご覧の通り、再生可能エネルギーは、2030年までに大きく伸ばしていく方針です。

 

10年後には現在の電力消費量が1.5倍にまで膨れ上がると予想されており、既存のベースロード電源とミドル電源だけでは足りないのです。
また、枯渇性資源をなるべく使いたくないのと大きなリスクのある原発を使いたくないという意図があります。

 

ただし、これは近い将来の話で、2050年、2100年には太陽発電がベースロード電源になり得ずとも、LNGの様に一番主流になっている可能性は十分にありえる話なのです。

 

科学者達も上記の様に「今はベースロード電源主軸に自然エネルギーの技術が向上次第、転換の時代がくる」と言っております。

 

 

 

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