Newton2012年 01月号から新しい電力とエネルギーを紹介!

1825viewsweekweek

このエントリーをはてなブックマークに追加
Newton (ニュートン) 2012年 01月号 [雑誌]

part1 基礎から分かる電力とエネルギー

・電気の長所…①非常に汎用性が高い。②電線さえ繋げば簡単に送れる。
 よって電気の重要性は今後も変わらないでしょう。

・電流は電圧の高いところから低いところへ流れる。水の流れと一緒。

 →回路(電線)が太いほど流れやすい。これも水の流れと一緒。

・交流:電流の向きが変わる。
 

 →磁石(orコイル)の回転運動による電磁誘導を利用して発電しているため。

  周波数は発電時タービンの回転数。西は60、東は50回転/s。

  縦軸電流(例えば右回り正、左回り負)、横軸時間にすると正弦波の様に。
 

 →スローで蛍光灯を見ると点滅しているのは電流値ゼロの点があるから。

・交流のメリットは?
 →変圧(電圧を自在に変える)が容易にできる。

 →なぜ変圧が必要?

 →家庭で使用する場合など、高電圧だと感電などの危険性。
  一般家庭では100Vor200V。

 →最初から低電圧で送ればよいのでは?

 →低電圧での送電は熱による損失が大きい。
  送電による熱損失は、電流の2乗に比例して大きくなる。
  =小電流で送る方が効率がよい。

  電力[W]=電圧×電流。だから、同じ電力を送電する際、選択肢は

       大電圧で小電流 or 小電圧で大電流

  熱損失を極力なくすには前者の方がよい。
  だから送電は大電圧から徐々に落として低電圧にする。

・直流にメリットは?
 →交流に比べ、送電のロスが少ない。
  変圧さえ考えなければ、直流の方が送電効率は良い。

・電流の実体は?
 →金属の自由電子の移動。ただし、電子の移動する向きと電流は逆向き。

 →Why?

 →電流の実体が分かるより先に『電流の向きは+の粒子が移動する向き』
  と定義してしまったから。

・熱損失の実体は?
 →振動する金属原子が抵抗になって、自由電子の運動エネルギーが損失。
  ぶつかられた金属原子はさらに振動、それが熱になる。

 →電力を電流の形態で貯蔵はできない(熱によるロスが出るから)。

・電線…長いとロス大、細いとロス大。だから短くて太い方がよい。 

part2 新しい電力とエネルギー

・電力は需要と供給(発電)のバランスが大事。

 →不足すると … 社会が機能しない。
  余ると   … 交流の周波数が狂ってしまう。

 →周波数が狂って何が悪い?

 →工場等での製造に不具合。ずれが大きいと発電所が故障、停電など。
  許容範囲で0.2~0.3Hzに収める必要。

 →どうやってコントロール?

 →主に出力の調整しやすい火力発電の発電量で調節。

  原子力なんかは出力が調整しにくいため、常に一定量で発電。

・電力供給の現状。
 2010年度で火力発電59.3%(石油8.3、石炭23.8、天然ガス27.2)
      原子力発電30.8%、水力発電7.8%、計約98%。

・ただ今後は原子力発電所の事故、操業停止。定期点検後の運転再開見合わせ
 により、原子力発電の割合は大きく下がるはず。

 →注目①シェールガス:近年採掘可能になった天然ガス。

  ただ日本にはほとんど存在しないとみられる。
  日本にとっては、メタンハイドレート(メタンと水からなる氷状固体)
  の方が…

  注目②バイオ燃料:排水から油をつくる藻類。

   オーランチオキトリウム:水中に溶け込んだ有機物から油をつくる。
   ボトリオコッカス   :水中に溶け込んだ無機物から油をつくる。

  注目③太陽光発電:太陽光のエネルギーは莫大。

   地球全体が1時間で受け取るエネルギー
   =1年間で全世界で使用されるエネルギーの総量

  他 風力発電、地熱発電、波力発電etc

part3 めざすべき将来ビジョンは?

・自然エネルギーは素晴らしい。だがしかし…

 →自在に必要に応じて発電量をコントロールできるものではない。

 →自然エネルギーを大量に導入すると、発電量が時々刻々と変化し、
  需給のバランスがとりづらい。

 →最悪の場合、バランスが崩れる。

 →周波数が不安定に。

 →大規模停電、発電機故障…なんてことに。

 →対策案は?

 →①蓄電池の導入→余った自然エネルギーを化学エネルギーのとして貯蔵。

   代表例:リチウムイオン電池
    メリット…化学反応の際、副生成物が出ない=長寿命
         小型軽量の割に容量大

     問題点…希少な金属であるコバルトが使われている。

        →リサイクルの徹底 or コバルトを使用しない方式の開発

  ②スマートグリッド、デジタルグリッドの導入

   →送電網の改革。電力変動にある程度対応可能に。

    電力系統を細分化、互いに融通できる仕組みづくり。

    停電などの被害を最小限で食い止められる。

    などなど。

関連まとめ

本のまとめカテゴリー


コメントを書く