エネルギーの移り変わりを利用して、いろいろな発電方法が取り入れられています。火力発電や原子力発電、水力発電などをくわしく学習します。
発電とエネルギーの移り変わり
現在の私たちの暮らしは、電気エネルギーで補われているといっても過言ではありません。夜に明かりが灯るのも、夏に涼しいクーラーの部屋で過ごせるのも、スマホや携帯が使えるのも、そのほとんどが電気エネルギーを利用しているからです。
では、この電気エネルギーはどのようにつくられいるのでしょうか。ここまで、エネルギーの移り変わりを見てきましたので、みなさんはどのように電気エネルギーがつくられているのかおおよその推測はつくかと思いますが、今日はここを詳しくみていきましょう。
さまざまな発電方法
現在、私たちが使う電気エネルギーは、おもに火力発電や原子力発電、水力発電などでまかなわれています。その他にも、さまざまな発電方法があるので紹介します。
- 火力発電…天然ガスなどの化石燃料を燃やし発電する。
- 原子力発電…ウランなどの核エネルギーを利用して発電する。
- 水力発電…ダムに蓄えれれた水を放流することで発電している。
- 風力発電…風の力でタービンを回し発電している。
- 太陽光発電…太陽パネルに太陽光を当て発電している。
- 地熱発電…マグマから出る熱を利用して発電している。
- 波力発電…波の力を利用して発電している。
- 海洋温度差発電…海洋表層の温水と深海の冷水の温度差を利用して発電。
などなど、さまざまな発電方法があります。
再生可能エネルギー
発電方法には、くり返し使えたり、使っても枯渇しないエネルギーである再生可能エネルギーがあります。太陽光発電や風力発電などは再生可能エネルギーで、発電を行っても枯渇しないエネルギーになります。
それに対して、火力発電や原子力発電など、燃料が無くなると新しいエネルギーをつくりだせないものを再生不能エネルギーといいます。未来の地球環境を考えると、再生可能エネルギーの利用が地球に良く、現在様々な再生可能エネルギーの利用が進められいます。
再生可能エネルギーの種類
太陽光、風力、波力、地熱、バイオマスなど、自然の力でくり返し使えるエネルギー資源になります。枯渇しなくて地球環境にも優しいエネルギー源です。
バイオマスとは、エネルギー資源として利用できる生物体のことです。バイオマス自体は有機物で、燃焼させると二酸化炭素が生じますが、その生物体が成長する過程で、燃焼により生じた二酸化炭素はすべて光合成で吸収されるのが特徴です。薪や燃料として使える動物のふん、バイオエタノールなどがバイオマスになります。
火力発電
火力発電では、天然ガスや石油、石炭などの化石燃料を燃焼させ、蒸気を起こし、タービンを回すことで発電を行っています。化石燃料を燃焼させるため、大量の二酸化炭素を排出するのが特徴です。
火力発電所は、発電に大量の化石燃料を使用するので、タンカーなどで燃料を運べるように、海の近くにつくられています。
火力発電でのエネルギーの移り変わり
火力発電で生み出される電気エネルギーも、何かのエネルギーが移り変わって生じたものです。では、どのようなエネルギーがどのように移り変わっているのか見ていきましょう。
- 化石燃料…化学エネルギー
↓
ボイラー
↓ - 燃焼…熱エネルギー
↓
タービン
↓ - 水蒸気…運動エネルギー
↓
発電機
↓ - 電磁誘導…電気エネルギー
天然ガスなどの化石燃料をボイラーで燃焼させ、海水を沸かし出てきた蒸気でタービンを回します。タービンには発電機がついており、発電機が回転することで電気エネルギーが生み出されています。
大昔の太陽放射エネルギー
火力発電も元をたどれば、太陽のエネルギーが最初のエネルギー源になっています。化石燃料は、大昔に地球上に生息していた生物です。植物や微生物などの死がいが長い年月をかけ化石化して燃料になったものが化石燃料です。ということは、大昔に太陽の光を浴びて、植物は光合成を行い、それを生物が食べることで成長してきたものです。
したがって、火力発電の大元は、昔の太陽放射エネルギーといえるのです。
水力発電
水量く発電は、ダムの水など放流することでタービンを回し発電する方法です。ダムの水が持つ位置エネルギーを利用した発電方法になります。
水力発電は、ダムを建設するところから始まるので、建設場所が限定されるほかに自然を切り開きダムを建設しなければならないといった短所があります。
水力発電でのエネルギーの移り変わり
水力発電でのエネルギーの移り変わりは以下のようになります。
- ダムの水…位置エネルギー
↓
放流
↓ - タービン…運動エネルギー
↓
回転
↓ - 発電機…電気エネルギー
ダムの水は高い場所にあるので、位置エネルギーを持っています。このダムの水を放流することで運動エネルギーに変え、タービンを回し発電機を回すことで電気エネルギーをつくりだしいます。
太陽放射エネルギー
では、ダムの水はどのように位置エネルギーを得たのでしょうか。ダムに水がたまるためには、高い山に雨が降らなければなりません。雨が降るためには、太陽が海面を照らし、水蒸気が発生し、上空に上昇することで雲が発生し、その雲から雨が降る必要があります。
つまり、ダムの水が位置エネルギーを得るためには、太陽放射が必要になるのです。したがって、水力発電の大元も太陽放射エネルギーになるのです。
原子力発電
原子力発電は、基本的な仕組みは火力発電と同じですが、火力発電で使用するボイラーを原子炉に置き換え、化石燃料ではなくウランなどの核エネルギーを利用して熱エネルギーを発生させ、蒸気を起こし発電する方法です。
化石燃料を大量に使う火力発電と比べると、二酸化炭素の排出量は減少しますが、原子力発電では、放射性廃棄物の処理の問題が生じます。
原子力発電のエネルギーの移り変わり
核燃料を核分裂させ、生じた熱で蒸気を発生させタービンを回します。
- 核燃料（ウラン）…核エネルギー
↓
原子炉
↓ - 核分裂反応…熱エネルギー
↓
タービン
↓ - 水蒸気…運動エネルギー
↓
発電機
↓ - 電磁誘導…電気エネルギー
以上が、発電に関するポイントです。特に火力発電や水力発電などはテストにもよく出る内容です。エネルギーの移り変わりをしっかりと覚えましょう。
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