目次 1 序章 2 驚異的な電気技術の発展 3 電気の正体 4 電気科学の歴史 5 日本の電力事業 6 家庭コンセントから発電所まで遡る 7 海外の電力事情 8 電力に関わる最近の話題 電気の話 1. 序章 1963 年 (So38) 頃高度経済成長の始まり 3 種の神器 2. 驚異的な電気技術の発

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1 Note 改 知っているようで解らない! 電気の話 社会人講座 国際問題研究会 2012 年 2 月 21 日渡邊 日本の 電力 をめぐる疑問? 東日本大震災 そして東京電力福島第一原発の事故のあと 電力 ( 電気 ) が急に注目されている 殆どの原発が停止し 火力発電所も被害を受け 日本の電力供給体制は最大のピンチを迎えている 連日の新聞 テレビ報道や にわか仕立ての有識者による著書が電力事情を伝えている しかし ニュース性の ある話題提供が主で 電力 ( 電気 ) の基礎知識や これまでの経緯説明については不十分である そこで この機会に日本の電力事情を 今さら人には聞けない話 や 知ってるようで知らない話 の如く 知っているようで解らない 電気の話 を興味本位であるが なるべく平易にまとめた 量子論による電気の 正体から いかなる条件でもコンセントから電気 101±6V 50±0.2Hz が得られ仕組み 戦後の高度成長を支 えた電源開発と停電しない供給システム そして国内外の電力会社の特徴について報告する 日本の発電所の稼働率が低い理由? 家庭用電気と産業用電気の違い? 福島第一原発の建設経緯? 発送電の一貫体制と地域分割する理由 ( 政策 / 技術 )? など疑問だらけである 文明に必要不可欠な電気電気の無い文明生活は あり得ない 電気は 他のエネルギーに変換して最終的に 熱 光 や 力 などを 利用する 電気は 他のエネルギーに比べとても扱いやすい 電線で遠隔地に運べる 電池で携帯できる 強弱を制御できる 電気信号で情報を組込むことができる 電波を利用して宇宙へも伝わる コンピュータの演算処理は 電気信号の伝わり方を高速制御することである 現代の情報社会は電気なくして成立しない しかし 電気を知らなくても生活に困らない 電気製品は扱える インターネットも利用できる 準国産のエネルギー? 2010 年 日本の工業生産額は 中国に抜かれ世界第 3 位になったが 製造業大国であることは変らない 日本の一次エネルギー消費は アメリカ ロシア 中国に次ぎ世界第 4 位で その殆どを輸入に頼っている 日本のエネルギー自給率は 18%( 原子力を除くと 5%) 先進主要国の中で最も低く 世界でも特殊な状況にある 一次エネルギーの半分近くは電力 ( 二次エネルキ ー ) に転換される 石油ショックの後 電源の多様化が進み石炭 天然ガスに加え 原子力の比率を増やしてきた ウランを燃やし新しい燃料を生みだす原子力は 技術で獲得 できる 準国産エネルギー として特別なポジションを得ていた 1954 年 : 原子力開発予算を計上した以降 原子力発電は 2006 年度 : 総発電量の 30% 2016 年度 :41% を計画していた 原子力発電が CO 2 排出しない クリーンエネルギーの宣伝も功を奏し 反原発の声は 3.11 事故まではしばらく鳴りを潜めていた 日本の電力事情を知り 当面の課題理解と 今後の電力問題を考えるための知識になれば幸いです 1

2 目次 1 序章 2 驚異的な電気技術の発展 3 電気の正体 4 電気科学の歴史 5 日本の電力事業 6 家庭コンセントから発電所まで遡る 7 海外の電力事情 8 電力に関わる最近の話題 電気の話 1. 序章 1963 年 (So38) 頃高度経済成長の始まり 3 種の神器 2. 驚異的な電気技術の発展 ~ 人間の能力を超えた電子技術 ~ 2.1 情報 通信技術の性能向上 2.2 人間の記憶容量を超えた 2.3 インターネットアドレス (IPV4 IPV6): ユビキタス 3. 電気の正体 3.1 電子電荷静電気電流 * 元素の周期表 3.2 電流磁気電磁誘導 3.3 電界磁界電磁界電波 * 磁気の正体電磁界 ( 電界 + 磁界 ) 3.4 宇宙誕生から地磁気が生まれるまで * 暗黒物質 ダークマター と ヒッグス粒子? 4. 電気科学の歴史 4.1 電気の発見原理の解明 4.2 エジソンの発明 実業家 5. 日本の電力事業 5.1 電力会社の歴史 5.2 高度成長を支えた電力エネルギー * 年間停電回数 5.3 電力会社の特性 5.4 日本の電力系統 * 基幹連係送電線 東京電力の基幹系統 6. 家庭コンセントから発電所まで遡る 6.1 電力系統 ( 発 送 配電 ) 6.2 家庭コンセントから電柱まで 6.3 配電線路網 ( 架空線地中線 ) * 配電線路図 共架する通信ケーフ ル 6.4 配電用変電所 * 配変単線結線図 6.5 高圧変電所 ( 一次 二次変電所 ) *500kV 変電機器 6.6 送電線路網 ( 高圧送電線 送電系統図 ) 6.7 発電所 ( 水力 火力 原子力発電所 福島第一原発見学映像 ) * フーハ タ ム 三峡タ ム 6.8 系統制御システム ( 階層構成 計算機システム ) * 操作指令室 7. 海外の電力事情 ( 米中露仏独伊 ~) 8. 電力に関わる最近の話題 8.1 電力自由化の現状 ( 新規参入の電気事業者 ) 8.2 電力託送発送電分離 8.3 再生可能エネルギー利用拡大の課題 2

3 1. 序章 ( 高度経済成長の始まり ) 電気の話 昭和の映像 1950 年代 : 戦後の混乱から立ち上がり あらゆる分野で復興処理が始まった 1960 年代 : 生活の平静さを 取戻し 戦後処理と新世代に向けた政策が進んでいた 新しい日本は 戦後の窮乏を乗りこえ 豊かな生活を求 めて目ざましい経済成長を遂げることになった 娯楽の少なかった人々はテレビのヒーローに熱狂し 皇太子の結婚によりその興奮は頂点に達した 三種の神器 が登場 家庭には次々と電化製品が急速に普及し テレビが娯楽の中心になり 国内外の情勢を 容易に入手できるようになった ちょっと前の団塊世代の心を捉えた 映画 : 三丁目の夕日 に中高年は感激した 過去をロマンに置き換えることが好きな日本人は 昭和 30 年代が 日本の黄金期 一番輝いていた頃 夢と希 望のある時代 などと 一様に礼賛していた ALWAYS 三丁目の夕日 64 3D 映像を上映中 昭和の映像 に出てくる電気機器 ( テレヒ / ラシ オ / カメラ / ヒ テ オ / 電話 / 通信 / 家電 / 電車 ) は全てアナログだった 夕刻になると電圧低下し蛍光灯が消え 落雷すると直ぐ停電する時代で 電力需要は現在の 1/10 だった しか しその当時 未来心配性の日本人は 夢と希望に溢れる感覚はなく 先行き不透明で各界リーダの言説も将来の 不安や行き詰まり感ばかりだった その裏で 本格的な高度成長時代を予感させる希望が そこここに芽吹き始めていたのに気付いて居なかった 1964 年 (So39) の東京オリンピックを機に 日本は経済大国への道を歩み出した 同時に 高まる電力需要に 応え大規模な電源開発が始まっていた 電力開発戦後 日本は連合国から原子力研究を禁止されたが 1952 年 (So27) サンフランシスコ講和条約で解禁された その頃 米は原子力平和利用を世界に呼びかけ 原発プラントを新産業として世界に売込み始めていた 1954 年 (So29) の国会で中曽根, 稲葉 ( 改進党 ) らが 原子力研究予算 (2 億 3500 万円 : ウラン 235) を通した 翌 1955 年 原子力基本法が成立 1956 年 東海村に原子力研究所が設立され 1965 年 原電 : 東海発電所 (16.6 万 kw: コ ルタ ホ - ル型 ) がスタートした 東電 : 福島第一原発の 1 号機 (46 万 kw) は 米 GE 社フルターンキー契約 1966 年 に建設着工 1970 年末運転を開始 原電 : 敦賀 1 号 関電 : 美浜 1 号機も同時期に運開した 映像処理 : Win.Media Player Move Maker:wmv フォーマット 2.1Mbps 640x480 30fps 70MB 約 6 分間映像クリップは全て YouTube からダウンロート 編集処理 映像圧縮 コート 変換 音声合成は MS 社の標準的なマルチメディア処理ソフトウェアを使用する 3

4 2. 驚異的な電気技術の発展 2.1 情報 通信技術の性能向上 構成 演算処理 記憶容量 通信速度 1970 年代 集中大型メインフレーム (IBM370) オフライン ハ ッチ処理電算室部門 専任オヘ レータ アナロク 演算 IC 論理回路 4ヒ ットマイコンチッフ (i4004) 1MIPS/ チッフ マイコン オフコン ミニコン 制御用専用 OS RTOS Unix MS-DOS 1970: 磁気テーフ, カセットテーフ フロッヒ ー 8,5,3.5in (125KB 1.44MB) 1980:HDD 3.5in (50MB) CD MO (650MB) 1990:HDD 2.5in (130MB) DVD (4.7GB) アナロク 64kbps 通信交換機タ イアルアッフ ISDN :2.4kbps 個別仕様 LAN:30Mbps 無線トランシーハ マイクロ波無線網 :208Mbps 2010 年 分散ネットワークリアルタイム エント ユーサ ク リット クラウト 組込 ユヒ キタス処理 ULSI SoC: システム on チッフ 64 ヒ ット x5 マルチチッフ (Corei7) 16 万 MIPS/ チッフ モハ イル PC ~ スーハ コンヒ ュータ汎用 OS(Windows Mac) Linux 2000:HDD 3.5in (50GB) フ ルーレイDVD(50GB) 2010:HDD 3.5in (1.5TB) USBメモリステック (4~64GB) SDメモリカート (2~64GB) SSD: 高速メモリ (120GB) テ シ タル通信 IPフ ロトコル常時接続 TCP/IP ADSL :1.5Mbps インサーネットLAN 規格 :1Gbps 携帯電話 :384kbps~ 光ファイハ ー通信網 :19.2Gbps 性能向上 専用から汎用利用へ誰でも何処でも何時でも ムーアの法則 :18 ヵ月で 2 倍 10 万倍超の性能向上価格は 1/1000 * 日の丸 OS (TRON) は iphone スマートホンの普及で廃れる 100 万倍の密度向上革新技術で飛躍向上中小型化 低価格化 高速化 キ ルタ ーの法則 :6 ヶ月で 2 倍 3.5 万倍の高速化光テ シ タルで飛躍的な高速化 IP 網による地球規模網 * 回線利用価格は暫減 電気の話 電子技術 40 年の軌跡 = 1970~2010 年代 = エジソン白熱電灯発明から130 年後の現在 1980 年代の情報革命が30 年経過し進化を継続している 構成( アーキテクチャ ) の変遷 : 超大小型 集中分散 ネットワーク Web 汎用専用 組込み ク リット ウェアラフ ル ユヒ キタスなど あらゆる形態の計算機 システムが生まれた 情報システムを動かすソフトウェアと膨大テ ータの構築方法がより重要になる CPU の性能 10 万倍 : ( ムーアの法則 :18 ヵ月で 2 倍 ) マイクロフ ロセッサは 処理単位 (4>8>16>32>64bit) の拡張と半導体集積度の向上で高速化する 1970 年代のミニコンヒ ュータ (DEC:1MIPS) の商品化以降 マイコン LSI マルチ cpu など幾多の革新技術で急激な性能向上が継続する 製造ライン IC チッフ テ シ タル家電 自動車など用途も拡大し今や生活に不可欠な存在 磁気テ ィスクの記憶容量 100 万倍 : 1980 年 ハ ソコン用 HDD(5.25in:5MB) が実用化 回転速度の高速化 記憶の高密度化 多層化など革新技術で性能が飛躍的に向上 家庭ヒ テ オレコータ の用途拡大で低価格化が劇的に進み 2.5in:3TB が商用化される 光伝送速度 3.5 万倍 : ( キ ルタ ーの法則 :6 ヵ月で 2 倍 CPU 改善を上回る ) アナロク 通信からテ シ タル通信へ, 有線ケーフ ル, 無線, 光通信,TDM( 時分割 ) WDM( 周波数分割 ) 通信方式の変遷を経て, 通信速度は M G T(10 12 Bit/sec) 時代を迎えている ユヒ キタス通信で地球規模通信も可能になろうとしている 一方 テ シ タル化と符号化技術で 専用線を使う広帯域映像は 信号圧縮技術の進展で 既存の回線でも高精細映像配信が可能になった 標準 規格化の進展が最大課題になっている 量的変化から質的変化へ 30~40 年前 : 大型計算センターで情報処理を行った 1980 年代 : 小型コンヒ ュータで情報処理を現場で行う 2000 年代 : 机上は無論 手に乗せポケットに入れ一家に1 台 研究室に1 台を遥かに超え普及した 情報革命は ムーア キ ルタ ーの法則を超える勢いで進展した 最初は量的な変化で ある時点から質的に大変革する 量的変化は 1/ 千,1/ 百万となると 革命的な質的変化に発展する 4

5 2.2 人間の記憶容量を超えた 電気の話 神経細胞の容量 :17.5TB 人間にしかない記憶の 忘却 機能 人間の情報 :80 年 x365 日 x14 時間 =40 万時間 240TB ( ハート テ ィスク :80 台 ) 3TB 万円写真 :300 万枚音楽 : 75 万曲 膨大な記録の高速検索が課題 視覚細胞数 :700 万画素 テ シ カメ :1200 万 時間分解能 :30 コマ /1 秒 0.03 秒程度 陸上 100m 競走 :9.69 秒ホ ルト ( 米 ) ショートトラックスケート 500m : 秒カナタ リューシ ュ男子 1 人乗り : 秒ト イツ 視覚能力を超えたスホ ーツ競技 人間がまだ観ていないモノがある 人間の脳記憶容量 :140T bit = 17.5 TB (8bit=1B) 脳内の神経細胞がシナフ ス結合して記憶する 神経細胞 :[140 億 ] シナフ ス結合 [1 万 ]=140x10 12 bit そして 人間はこの3% 天才と呼ばれる人で6~7% 程を使う 人間は脳細胞をむだにして損をしている コンヒ ュータの記憶メカニス ムと単純比較はできないが 意外に少ない容量である 大脳皮質だけでなく 脳全体の記 憶は遥に大きい 人間は一生に 脳の総容量の数 % しか使用していない 要するに無限に大きい 単純記憶力は 現在のコンヒ ュータには負けている 人間は不要と判断した情報を 無意識にフィルターをかけ捨て る機能がある しかし その記憶から引き出す情報は コンヒ ュータなど問題にならないくらい豊富である 必要な情報を記憶し 頭の中で再編集しながら いろいろな情報を自分の中でリンクさせていく コンヒ ュータにはまだ不可能な 連想 が人間にはできる 単純記憶に関しては コンヒ ュータのような脳みそが欲しいと思うが まねの できない高度な処理方法が 人間の 記憶 と 忘却 になるので悲観することはない 人間の一生を映像で記憶 : 240 TB ハート テ ィスク 80 台幼少から老いるまで見聞きした情報をすべて映像に記録するなら ~ 80 年 x365 日 x14 時間 =40 万時間 従来映像 ( 昭和の映像ほど ) 600MB/1 時間 : 240 TB/ 一生 (3.5inHDD) 80 台机上の規模 高精細映像 ( ハイビジョン TV) 2.5GB/1 時間 :1000 TB/ 一生同上 300 台 20 年程昔の試算では 巨大倉庫 ( ト ーム球場満杯のテ ィスク装置 ) が必要だった 多層記憶技術の進展により 市販の汎用ハート テ ィスク装置容量は 数年後に 10 倍を越えるだろう PC 一台に 人の一生が記憶できる! 3TB(3.5in)/1.5 万円程のハート テ ィスク装置に記憶する情報は 写真 ( 高精細 :1MB 枚 ) なら 300 万枚 音楽 (4 分 4MB) で 75 万曲に相当する アナロク 式のカセットテーフ 60 分 /10 数曲の時代は 遥か昔のことです 人間の視覚分解能人間の目は 6,700 万画素のデジカメと同じ しかし 明暗を認識する桿体細胞は約 1 億 2 千万個もある 眼の時間分解能は 30 コマ /1 秒で 高速点滅は知覚できずに光り続けて見える スポーツ競技で 100m 走の記録 9 秒 74 とあるが 人間が見分けできるのは 30ms(1/30 秒 ) で 0.03 秒程度である 冬のスキー滑降競技では 5/1000 秒を計測している 最近のスポーツは人間の視覚能力を超えた高速度を競っている 通常の映画は 1 秒間に 24 コマの画像を流す これが眼にとって自然な動きを作り出す最適なコマ数である テ ィス ニーアニメは 一秒間に 30 コマで よりなまめかしい動きを表現する工夫をしている スタシ オシ フ リ ( 宮崎駿 ) では 逆に 24 コマ以下で作り アニメ独特の優しい動き表現している 試行錯誤の結果だという 人間に見えないものは存在しない ならば 人間がまだ観てない高速動作する物体があるかも? 5

6 2.3 インターネットアドレス : ユビキタス (Ubiquitous) 電気の話 IPv4:IP(Internet Protocol) アドレス通信フ ロトコル 現在のアト レス (32bit=2 32 ) : 約 42 億個 世界 70 億人で枯渇!( 特にアシ ア ) 次世代版 IPv6(Version) の新規格を日本が提唱 ~ (128bit=2 128 ) : 約 340 澗個 340 兆の 1 兆倍の 1 兆倍事実上無限大 地球の全地表面に割振ると 2.2x10 20 /1cm 2 に相当 ユヒ キタス ウェアラフ ルの IP ネットワーク網が実現できる 東洋数字 ( 仏教由来 ) には澗かんの桁がある 大宇宙観の証し! 東洋 ( 仏教由来 ) と西洋 ( キ リシャアラヒ ア ) の数字 東洋数字 壱/ 拾 / 百 / 千 / 万 / 億 / 兆 / 京 / 垓 / 杼 / 穣 / 溝 / 澗 / 正 / 載 / 極 / 恒河紗 / 阿僧祇 / 那由也 / 不可思議 / 無量大数カ イ / シ ュ / シ ョウ / コウ / カン / セイ / サイ / コ ク / コウカ シャ / アソウキ / ナユタ / フカシキ / ムリョウタイスウ 西洋数字 One/ten/hundred/thousand/million/billion/trillion/quadrillion/quintillion/sextillion/septillion 10 のxx 乗まで3 桁毎に単位があり 超えると繰返しの表現 1. お釈迦さま : 釈迦 釈尊 阿弥陀仏 コ ータ マ シタ ール : 歴史上実在の人物 ( 如来 菩薩は釈迦の変身 ) 2. この世のあらゆるものは 空 : 日本伝来の大乗仏教の仏は 宇宙そのもの 宇宙の真理たる仏陀 ( 宇宙仏 ) が教えを説く 宇宙仏は姿 形が無く 仏陀が人間である釈迦に姿を変え この世に登場した 3. 大宇宙感を示す想像を絶する時間の単位 1 劫 ( コウ ) : その1) 4 億 2200 万年を1 劫 印度の梵天 ( 仏法を守る神 ) の世界の一日 その2) 40 里四方の城郭の中に芥子粒を埋め 天人が12 年毎にやってきて1 粒取り 無くなるまでの期間 その3) 縦横 40 里の岩に毎年天女が舞下りて来て 裾で岩を撫でて摩滅するまでの期間 寿限無の名前 : 寿限無寿限無 五劫の摺り切れ 海砂利水魚の水行末 雲来末 風来末 食う寝る所に住む所 やぶらこうじのぶらこうじ ハ イホ ハ イホ ハ イホ のシューリンカ ン シューリンカ ンのク ーリンタ イ ク ーリンタ イのホ ンホ コヒ ーのホ ンホ コナの長久命の長助 億劫 :1 億劫の長い期間 気の遠くなるような事を考えるのは面倒 囲碁の 劫 : 際限の無い合の手情況 ユビキタス :Ubiquitous とは 1990 年代 コンヒ ュータ技術用語に使い始めた 政治家までもが ICT e-japan を唱え知れ渡った 本来の意味は 神様がわれわれの周りに常にいる という宗教的な意味 : ラテン語 ( 遍く神は存在 ) である ゼロックス社 (Palo Alto) マーク ワイサ ーが提唱 到る所 何時でも 何処でも コンヒ ュータの恩恵が得られる という願いを込めた概念である 汎用大型 ( 集中 ) コンヒ ュータ から ハ ーソナル ( 分散 ) コンヒ ュータ そして第 3 の ネットワーク (Web) コンヒ ュータ を総称している ユビキタス社会が実現されると 超小型情報端末が家電製品に内蔵 人間が身に着けたウェアラフ ルコンヒ ュータ 総ての商品 資材管理に IC タク (RFID) を貼付け 人と人 モノとモノが結ばれる本格的ネットワーク社会が到来すると考えられている ユビキタスの実現は 情報機器の互換性が不可欠で 世界標準化機構や団体による規格化 標準化が進められている 総務省は 2004 年 次世代 ICT 社会 :u-japan 政策を発表した u :universal unique ubiquitous の意味がある 緊急課題の被ばく線量の累積や汚染廃棄物の経路履歴管理に IC タク の活用が期待できるのでは! 6

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8 3. 電気の正体 3.1 電子電荷静電気電流 電気の話 万物は 原子 の集合! 原子 : 陽子 (+) 電子 (-) 平衡 電荷 : 電子 (-) 不平衡 静電気 クーロン力 (+)(-) 引合 :(+)(+)/(-)(-) 反発 電気 ( 電流 ): 自由電子 (-) の移動 絶縁体 : 電子 (-) が溜まり帯電し静電気を発生 導体 : 電子 (-) が移動して電流になる流れ難い ( 抵抗 ) と熱を発生 ジュール熱 原子核と電子地球上のあらゆる物は 原子 ( 物質の最小単位 ) で構成されている 原子は 原子核を中心に電子が軌道周回している ( 原子構造は宇宙構造に類似 : 太陽を中心に地球 火星の惑星が軌道周回する ) 原子核は 陽子と中性子からなり 軌道周回する電子を含め 万物の最小単位を 素粒子 と呼ぶ 陽子 中性子 電子の数は原子の種類 元素の周期表 ごとに決まっている 電荷と電気力 ( クーロン力 静電気力 ) 素粒子 には電気的な性質 電荷 がある 陽子にはプラスの電荷 電子はマイナスの電荷がある プラスとマイナスの電荷は 引き合い 電気的に同じ電荷は 反発する すべての電気現象は この電荷が持つ力が原因である 通常の原子は 中性子と電子の数が同じで電気的にバランス ( 安定 ) している 自由電子と帯電 : 物質を刺激 ( 摩擦 加熱 ) すると 原子を構成する電子が軌道を飛出し ( 自由電子 ) 電気現象を引起す 電子が飛出すと 原子は電気的にプラスに帯電 増えるとマイナスに帯電する 電導体と半導体 絶縁体原子構造 元素の周期表 により 物質の電気の流れやすさが決る 電子の数が多いと自由電子が生じ易く 電導体 ( 鉄, 金, 銅, 銀 ~) になる 原子が 軌道周回する電子を固く束縛して自由電子が生まれ難いと 絶縁体 ( カ ラス コ ム, フ ラスチック ~) になる 中間的位置付けに 条件が整った場合だけ電気を流す半導体がある 静電気 雷 ( 気体放電 ) プラズマフ ラスチック カ ラスなどの絶縁体を擦り合わせると 電子が移動し帯電する 帯電 (±) 物質の近くに物があると 表面が逆 (±) に帯電して互いに引き寄せる ( 静電誘導 ) 雷は 高層大気の水分が摩擦で帯電 ( 雲下層 :-) し 地表に静電誘導で電荷 (+) が引き寄せられ 本来絶縁体の大気中に電気が流れ ( 気体放電 ) 発光する ネオン放電管 フ ラス マテ ィスフ レイもこの気体放電で蛍光体を発光させている 電流 : 電気の流れと抵抗 発熱 ( ジュール熱 ) 電流は 電導体の物質を電子 ( 自由電子 ) が移動すること 自由電子 (-) は [-] [+] に移動 電流の逆向き自由電子が導体中を移動する際に 原子に衝突 ( 抵抗 ) して発熱 ( シ ュール熱 ) する 導体温度を超低温状態にすると 原子振動が静止し自由電子は導体中を衝突なく移動できる すなわち電気抵抗ゼロの状態になる Ω の法則電圧 V = 電流 (A) x 抵抗 (R) 電力電力 W = 電圧 (V) x 電流 (A) 電力量電力量 Wh = 電力 (W )x 時間 (hr) ジュールの法則発熱 J = 電圧 (V) x 電流 (A) x 時間 ( 秒 ) 軽自動車の馬力 :50 馬力 36.7kW 100W 電球の 367 個相当 電流の伝播速度 : 約 30 万 km( 光速度 ) 電子の移動速度 : 直径 1mm 銅線 1A だと 4.4mm/ 分 8

9 元素の周期表 (TheperiodicTableofelements) メンデレーエフ :1869 年 化学のハ イフ ル : 元素の規則性特徴性質関連 周期性を整理 ( 水兵リーヘ 僕の船 ~) 自然界の元素 : 水素からウランまで 92 種類 それ以上の重いのは人が作った元素 電子殻の配列 : 原子核を周る電子 ( 配置, 軌道, 数 ) が元素の特徴をつくる 分類 : 金属 / アルカリ金属 / アルカリ土類金属 / 遷移元素 / 半導体元素 / 非金属 / 希カ ス / ハロケ ン / 人工元素 そもそも 元素はどのようにしてできたのか? 万物は 何からできているのか? 古代から研究され 古代中国では陰陽五行思想が 古代ギリシャでは 原子論 や 四元素論 が唱えられた 近代に入り ロバート ボイル ( アイルラント ) は 古代ギリシャの元素論から 万物の最小単位 ( 粒子説 ) を定義し多数の元素の存在を予測した その後 化学者は実験を重ね様々な元素を発見し原子論が確立した そもそも元素は 何時どこで生まれた? その歴史は 約 137 億年前 宇宙誕生したビッグバンまで遡る ビッグバンによる宇宙誕生の直後 素粒子が生まれ 1 秒後に陽子や中性子ができた その約 1 分後 宇宙の温度が 100 億 になると 陽子と中性子が結びつき 水素やヘリウム リチウムなどの 原子核 ができた ビッグバンから約 38 万年後 さらに温度が下がり 原子核 が電子を捕まえて 初めて 水素元素 が誕生し さらに ヘリウム元素 もできた やがて 水素元素 と ヘリウム元素 が 集まり恒星が誕生した ふたつの軽い原子核が それより重い原子核をつくる 核融合反応 がはじまり ヘリウム 3 個の核融合反応で炭素原子ができた さらに 核融合反応がくり返され 酸素やマク ネシウム ネオン ホウ素 窒素 ケイ素 鉄など重い元素ができた 恒星は 元素が何層にも重なった構造で 最終的に原子のもっとも安定した鉄が恒星の中心に集まった 恒星は 超新星爆発 で一生を終える 鉄より重い元素は この超新星爆発によって生成されたと考えられている 自然界でいちばん重い元素現在の地球には 92 種類の元素が自然界に存在する その中でいちばん重い元素がウラン これ以上重い元素は人工的に造ったもので プルトニウムもその1つである 天然ウラン鉱にも極微量は含まれる 1841 年 他の元素と結合しやすく発見が難しくかった単体の金属ウランが発見された 1896 年 物理学者アンリ ベクレル ( 仏 ) が ウランが放射能をもつことを発見した 放射能単位量の由来 のちに キュリー夫人が ラジウムの放射能を発見した 原子力発電の原理 1939 年ドイツで ウラン235に中性子をぶつけると ウランが分裂し中性子を放出することを発見した 分裂したときに放出される中性子が 次のウラン235に衝突して核分裂の連鎖反応を起こす このとき 莫大なエネルギーを発生する こうして 最初に実用化したのが原子爆弾だった 9

10 3.2 電流磁気電磁誘導 電気の話 電流が 磁気 をつくる 右ネジ の法則 磁気が 電流 をつくる ファラデー電磁誘導の法則 電流 と 磁気 で 力 が発生 フレミングの左手の法則 電気エネルキ ーを回転運動に変換 直流モータ ( 電動機 ) 電気 ( 電流 ) の三大作用 : 1 発熱作用 : トースタ 電気ストーブ 電気コタツ ( 前記済 ) 2 化学作用 : 電気分解 バッテリー 金メッキ ( 電気が物質を化学変化 ± イオンの働き : 別記 ) 3 電磁界作用 : 電磁石 電動モータ 電磁波 TV ラシ オ ( 電流を流すと磁界が発生する : 以下に記載 ) 電流が磁気をつくる導体を電気が流れると 電流の向きに対して右回りの磁界が発生する ( アンヘ ールの右ネジの法則 ) 発生する磁界 (NS) は 電流の大きさに比例し電流に近いほど強くなる 導線を巻いてコイルにして電流をながすと コイルの中に磁界 ( 磁力線 ) が発生して電磁石ができる 磁気が電流をつくるコイルの中に棒磁石を出し入れすると導体の電流が発生する ( ファラデー電磁誘導の法則 ) 電磁誘導作用による電流は 磁力線の変化を妨げる向きに力が発生する ( レンツの法則 ) 二つの法則が 発電機モータ変圧器の基本原理 電流の方向 磁界の方向 力の方向磁界のなかの導体に電流を流すと 導体は特定方向に力が発生する ( フレミングの左手の法則 ) 磁界のなかの導体を動かすと 導体に特定方向の電流が発生する ( フレミングの右手の法則 ) 直流モータ ( 電動機 ) 電気エネルギーを回転する運動エネルギーに変換する 発電機は逆に回転力で電流を発生させる 磁界のなかで導体 ( コイル ) に電流を流すと フレミングの左手の法則 でコイルに回転力が働く コイルが半回転すると 整流子 ( フ ラシ ) で電流が逆向きになり 回転力は同じ方向に働く 交流モータ ( 誘導モータ ) は 回転体 ( ロータ ) の周りに配置する複数の電磁石に 交互に向きを変える交流電流 で回転体を一定方向に回転させている 電気と磁気の関係 : 電気 は電子 ( 電荷 ) によるもの 磁気 の存在を証す ( 磁荷 ) は見つからない? 10

11 3.3 電界磁界電磁界電波 電気の話 電子 が動くと 電界 x 磁界 がつくられ 電磁波 が空間を伝わる 波長 =30 万 km/ 周波数 ex 50Hz: 6000km 金属板の間 ( コンテ ンサ ) に交流電源を加える 変位電流 : 電界が 磁界 をつくる 磁界の変化が 新たな 電界 をつくる 電界 / 磁界 が押出され 電磁波 が空間を伝わる マックスウェルの方程式: 理論解明 ヘルツ(Hz) : 電波発射を実証 宇宙空間 ( 地球上 ) は電磁波が充満 健康への影響? 免疫のある生命体のみが地球上に現存する 電磁界を伝わる電波 ( 電磁波 ) 現代生活に欠かせない放送 通信に使用する電波も 空間を伝わる電気工ネルギーである 2 枚の電極 ( コンデンサ ) に交互に向きを替えて電気 ( 交流 ) を加えると 両電極に ± の電荷が生じ 電界 が発生する また 電気が流れることから 右ネジの法則により 磁界 が形成される 実際は 電極間を電子は通過しないで 交流が流れたように見える仮想電流 ( 変位電流 ) の働きである交流 ( 充 放電の繰返し ) のため変位電流が逆転し ± 電荷が入替わり 電界は強弱を繰返して方向が変わる こうした 電界の変化 が 磁界の変化 を生み出し 磁界が変化すると誘導電流により 電界が変化 する すなわち 電界 磁界が相互に影響し合いながら交互に生まれる 電界と磁界が連続的に発生し 電気エネルギーとして空間を進むのが 電磁波 である 電界と磁界は直角で どちらも進行方向に対し直角に進む 電線などの導体を交流電気が流れるときも 周囲に電磁波が発生している 1860 年マックスウェル ( 英 ) は 電磁波の存在を理論的に証明した 1880 年ヘルツ ( 独 ) は 簡単な発振器と共振装置で 電波の発射と検出する実験に成功した 電磁波の種類空間 ( 真空中 ) を光速 (30 万 km/ 秒 ) で伝わる電磁波は 周波数により性質 伝播方法が大きく異なる 周波数により電磁波は 電波 赤外線 可視光線 紫外線 線 γ 線 などに区分される 家庭の商用電気 :50 60Hz も超低周波の電磁波である 波長 (1 サイクイルの長さ ) = 30 万 km/ 周波数有線アナログ電話 :64kHz も同じで 導体ケーフ ルを伝わる 300 万 MHz 以下の周波数帯域は 国が電波法として利用方法 割り当てを定める : 総務省の利権アナログ TV: デジタル TV: 携帯電話 : 電波より周波数の高い赤外線や可視光線 紫外線は 物質に吸収され化学反応や発熱などの相互作用を起こす さらに周波数が高い Ⅹ 線は 物質との相互作用が減少して透過するようになる 通信や放送など電波で情報を送信する場合 電波の波に信号を重畳させて情報を乗せるため 周波数が高いほど 多くの情報を伝達することができる こうした 送ることのできる情報量 伝播方法 到達範囲などから 電波の種類に応じ各種の用途が生まれた 11

12 磁気の正体電磁界 ( 電界 + 磁界 ) 磁気の根源 : 電子の自転 ( スヒ ン ) 回転軸の両端が N/S 極に磁化 N/S 極は常に対 電荷 (±) と違い分離できない 磁気誘導 :(N)(S) 引合 :(N)(N)/(S)(S) 反発 通常 ( 非磁性 ): 逆回転の電子 ( ヘ ア ) が磁力を打消す 磁石 ( 磁性体 ): 磁気誘導で磁区の方向が揃う 鉄コハ ルトニッケル元素 : ヘ アにならない電子があり 単独回転する電子の磁力が打消されずに強い磁気を帯びる 磁気の正体 : 電気 ( 電子の移動 ) が流れると磁気が発生する 磁気の正体は 電子の自転 ( スピン ) である 電子は 原子核を中心に軌道周回しながら 自身も常に高速回転している 電子が自転すると電流が流れ 磁気 ( 磁力 ) が発生する 回転軸の両端が N 極 S 極になる 通常の原子は 回転方向が逆 ( 右 左回 ) の 2 つの電子がペアで存在し 磁気が相殺される 物の最小単位 : 電子に N/S 極があるため どんなに細分化しても片方だけの磁極をもつ物体は存在しない 磁力 ( 磁気力 ) と磁石 N/S の磁極は 同極で反発し 異極は互いに引き合う 磁気が周囲に及ぼす力を磁力 ( 磁気力 ) と言う 電気の ± 電荷は単独で存在するが 磁気はどちらか単独の極を取り出すことはできない 鉄 コバルト ニッケルの金属原子は ペアにならない電子を持つため 磁力が相殺されないで磁気を帯びた金属 : 磁石になる 通常の鉄は 極細の磁石がバラバラの状態で存在し磁力が相殺され磁石にならない ところが 磁石を近づけると 内部の微細な磁石が一定の方向を向いて磁気作用 ( 磁気誘導 ) が発生する 電磁界 ( 電界と磁界 ) と 電磁波 電気のある空間が 電界 家電製品や送電線の周り全てが電界 通常 人間が電界を感じることは無いが 乾燥した冬に衣類やドアノブ に触れてパチっと感じる 数千 ~ 数万 V の静電気によるもの 磁気のある空間が 磁界 磁石の近く 地球上の地磁気がある場所 家電製品など電気が流れる周辺にも磁気がある 電気 ( 電子 ) が存在する地球上 さらに宇宙空間は 電磁界 である 電界と磁界の強度が変化 ( 交流 ) すると 互いに影響し合い ( 電界と 磁界が交互に生じる ) 空間を波になって伝播する この波が 電磁波 で 光速 (30 万 km/ 秒 ) で電磁界を伝わる 波の周波数により 電波 光 X 線 γ 線など名前が異なる 人間の健康に良くも悪しくも影響する 超低周波 携帯電話, 電波, 紫外線, 赤外線,X 線 放射線など 全て 電磁波 である 12

13 3.4 宇宙誕生から地磁気が生まれるまで電気の話 地球は 46 億年前に誕生した 27 億年前に地磁気が生成された 地磁気ハ リアが放射線を遮る深海の生命が浅海で光合成を始めた 宇宙は 137 億年前に誕生した 誕生から 0.01 秒後に 電子 (-) が生成された 北極 太陽風の電子が 大気中の酸素 / 窒素と反応し発光 南極 私たちの宇宙は約 137 億年前にビックバンで生まれた 一般相対性理論や量子理論では 宇宙は時間も空間もエネルギーも物質もない 無 から誕生した 無 から何かが生まれてくるのは常識的には考えられない ところが量子論は 正反対である ホーキング博士 ( 英 ) は宇宙の方程式 ( 波動関数 ) をとき 宇宙の進化の過程を明らかにした 私たちの宇宙は最初 cm( 量子論で許される最小 ) で 時間は 秒に突然はじまった この超ミニ宇宙は 高い真空のエネルギーをもち急膨張した 宇宙のインフレーション膨張は ビックバンよりはるかに激しい 直径 1mm の物体が 1 秒の 1 兆分の 1 の 1 兆分の 1 の さらに 100 億分の 1 の間に 1000 億光年の大きさに広がった 無 から爆発が起き 空間の非常に大きなエネルギーが 光 になり 物質がこの中で生まれた 宇宙誕生の 秒後 光 の中で X 粒子とその反粒子が作られ最小の物質 : 素粒子が出来た 誕生から 秒後 宇宙の温度が 1 兆度に下がり それまで単独で飛び回っていたクォーク 3 個が集り 陽子や中性子が生まれた 宇宙誕生から 3 分後には宇宙の温度は 10 億度まで下がり 陽子と中性子が結合して様々な元素 ( 原子 ) ができた 星が輝く燃料となる 水素や重水素 ヘリウムなどが生まれた 宇宙誕生から 30 万年後 宇宙は 3000 度に下がり 電子が原子核に捉えられ宇宙は透明に晴上がった 銀河系のなかに太陽系 ( 地球 ) が約 46 億年前に生まれた宇宙には約一千億個の銀河 ( 星集団 ) がある 私たちの銀河系 ( 天の川 ) もその 1 つで 宇宙誕生の時期と大して変らない 120~130 億年前に生まれた 46 億年前 銀河系の隅で 1 千億個の星が集まった原始太陽系が生まれた その中の惑星の一つが 私たちの住む 地球 である 地磁気に守られ 生命が海中から上陸したマグマオーシャンの地球が次第に冷え地表に大陸プレートが形成された 水蒸気と岩石中の CO2 で原始大気が生まれ 海洋が形成された そのあと アミノ酸の化学進化で水中に生命体が誕生した 27 億年前 外核の鉄 ( 液体 ) の対流と地球自転で強い電流が流れ タ イナモによる地磁気が生まれた 宇宙からの放射線を防ぐ地磁気バリアに守られて 深海にしか生息できなかった生命が浅い海底し進出し 太陽の光合成により酸素放出を始めた 原核生物から多細胞生物 そして 500 万年前の人類の進化に繋がる 地磁気の変化地球内部の電流は 約 10 億 A に相当 この百年で地磁気は 10% 減少 百年後には無くなるかもしれない 方位 (N/S 向き ) も移動し 2006 年時点で中心から 10.2 度傾く また 百万年毎に 1.5 回 N/S が逆転している オーロラ : 電子が酸素原始に衝突して興奮状態になり 余分なエネルギーが 光 になって輝く 13

14 暗黒物質 タ ークマター と ヒッグス粒子? 阪大教授が新理論 証明されれば宇宙は 5 次元以上 2010/01 謎の 2 粒子 正体は同じ!? 阪大教授が新理論 ノーヘ ル賞を受賞した南部博士の理論からその存在が予測されたヒッグス粒子が 宇宙を満たす謎の暗黒物質 ( タ ークマター ) と同じもの という新理論を 阪大の細谷教授がまとめた 二つの粒子 は 物理学の最重要テーマで 世界中で発見を競っている 暗黒物質は安定し ていて壊れないが ヒッグスはすぐに壊れ発見できないとされてきた 2011/12 シ ュネーフ の大型加速器 (CERN) で ヒッグス粒子がみつかった 加速器による衝突実験で 10 兆回に 1 回しか生成されないヒッグス粒子が垣間見られた 現在 95% の確率 今夏には 99.99% 以上に精度を 上げ その存在を確定できそうである 証明されると 宇宙のすべてに質量を与える理論上の 神の粒子 が発見されたことになる 私たちの感覚を超え 宇宙は 5 次元以上で素粒子 の標準理論 および宇宙論の裏づけとなる 暗黒物質 ( ダークマター ) と ヒッグス粒子 ヒッグス粒子は 姿 ( 実体 ) を現さない しかし 他の粒子の動きを妨げ質量を発生させる (~ とされている ) 一方 衛星観測から 宇宙は光を出さず安定した暗黒物質 ( タ ークマター ) が充満していると推測している 細谷教授 ( 阪大 ) は 宇宙が時間と空間の 4 次元でなく 5 次元以上で様々 な粒子が力を及ぼす理論を考え ビックバンで発生したヒッグス粒子は 崩壊せず進化して電荷を持たない安定した存在 ( タ ークマター ) になった と 確証した 欧州原子核研究機構 ( スイス ) の世界最大加速器 (LHC) で 日本 チームは 陽子と陽子を超高速衝突させヒッグスの検出実験を行っている 現在 99.93% の確率で存在を証明し 更にテ ータを積み重ねている 神の粒子 : ヒッグス粒子は 現代物理学の基礎となる標準理論を証明 する粒子の一つで 世界の物理学者が 40 年以上探索を続けてきた 素粒子の標準理論我々の世界 ( 宇宙 ) は素粒子同士の 4 つの相互作用 : 強い力 電磁気力 弱い力 重力 で作られている 標準理論では 過去 30 年間に渡って ほとんどの実験事実を説明することに成功してきた クォーク ニュートリノ ミュー粒子 タウ粒子 しかし 重力 を生み出す力 ( ヒッグス粒子 ) だけ解明されてなく 素粒子研究の最重要課題となっている 宇宙創成の初期に存在した予想される 四つの力を 統一 した究極の理論の登場が切望されていた 普通に生活する上で実感するのは 電磁気力 ( 運動エネルギーを含 ) と重力である ビックバンが起きて宇宙 がどんどん膨張し ある段階で 電磁気が生まれ ( 宇宙の晴れ上がり ) それが今日に至るまで継続している 膨張する宇宙を満たすもの? ヒッグス粒子の解明により 宇宙に充満している暗黒物質の謎が解ける可能性が生まれた 我々の観る最も古い時代に放たれた光は 約 137 億年前に約 4200 万光年離れた所で放たれた光である その光源のある場所は 現在 465 億光年かなたにある 光は 137 億年かけて 137 億光年の道のりを旅してきた わずか 4200 万光年の距離を 137 億年もの時間を費やしたのは宇宙が膨張しているためである 宇宙の膨張は 我々の位置から遠いところほど速い速度で 5 次元的に後退している 14

15 4. 電気科学の歴史電気の話 4.1 電気の発見原理の解明 古代ギリシャ人 : 静電気 ( 謎の現象 ) の効果を知っていた 琥珀 : 250 年前 : 電気の謎解き? ヘ ンシ ャミン フランクリンは 雷雨に凧上げ 200 年前 : 電池を発明人為的に電気の作成に成功電磁誘導 150 年前 : 電気の科学的解明電荷 / 磁気 / 電磁界 ( 電波 ) の理論 100 年前 : 電気を応用した製品エシ ソンの発明各種の電気製品が実用化 50 年前エレクトラ 慈石召鉄~ : 半導体 コンヒ ュータ 無線機器 ( 情報革命の幕開け ) テ シ タル化技術による情報システムの飛躍的発展 原子力発電の黎明期でもある 古代電気の謎 : 紀元前 600 年頃 : ターレスは琥珀を絹布でこすると羽毛や軽い物を引き付けることを知っていた これが静電気の起源で 琥珀 ( キ リシャ語 : エレクトラ ) からエレクトロンという言葉が生まれた 紀元前 240 年頃 : 中国の自然科学本 呂氏春秋 に 慈石召鉄 の記述がある 日本では 713 年 続日本紀 に 近江国より慈石を献ず の記述が最も古い記録になる マグネット ( 磁石 ) の起源は 羊飼少年 マグネス が不思議な石を発見した伝説と トルコ南端の海に近い地名 マグネシア が磁石の産地だったとするもがある 電気原理の発見 :200 年前ベンジャミン フランクリン (1752 年 ) は 雷雨の中で凧を揚げる実験で 糸を伝わる稲妻の電荷を捉えた 電気のことは昔から知られていたが 電気の存在を初めて証明した画期的な実験だった クーロンは 絹糸のねじれを利用した高精度の秤から 電気に働く力から クーロンの法則 を発見した ガルバニーの蛙脚の電気痙攣から ボルタは異種の金属間に発生する電気を発見し 電池を発明した エルステッドは 電池を使い針金に電流を流すと 近くに置いた位磁針が反応することを偶然に発見した アンペールは 針金 2 本を平行に並べ 電流の向きにより 針金に引き合い / 反発の力が働くことを発見した ファラデーは コイルの中で磁石を動かし 磁気の変化で電流が流れる ( 電磁誘導 ) 現象を発見した 電気理論の体系化 :150 年前マクスウェルは 電気と磁気に関する方程式を作り電気理論を確立した その方程式から電磁波の存在を予測した 電磁波の速度が光の速度に等しいことを知って 光が電磁波であることを解明した ヘルツは 電磁波を発生させる実験で電波の存在を実証し 無線通信の基礎を築いた 電気の実用化の時代 :100 年前 19 世紀の後半から20 世紀の初めにかけ モールスの電信 ヘ ルの電話 エジソンの白熱電球 蓄音機 映画 ウエスチンク ハウスの電気機関車 スタインメッツの交流 テスラの多相交流 誘導電動機 マルコニーの無線通信 ラシ オ テレヒ など電気工学上の偉大な発明が次々と出てきた 半導体が発明され集積回路技術の発展は電子計算機 インターネットや携帯電話に応用され現代人に不可欠なものになっている 15

16 4.2 エジソンの発明 実業家 Thomas Alva Edison:1847~1931 電気の話 エジソンがいなければ 人類史は 100 年以上遅れていただろう ~ 天才は 1% のひらめきと 99% の汗 ( 努力の否定?) 1877 年 母親も手伝い蓄音機の実用化に成功 メンロハ ーク研究室 ( ニューシ ャーシ ) を設立人材を集め 天才の集団 のマネシ メントに辣腕を振るい 数多くの発明を成した 電話 蓄音機 レコート 電気鉄道 鉱石分離符 電灯照明など 特に白熱電球 ( 当時 10 時間程の寿命 ) に 竹 を使い 1200 時間以上にしたのが有名 エジソンは電球の改良と 電灯の事業化 に注力 程なく竹は タンク ステンに代わる 白熱電灯の売込みに合せ 直流電力供給事業 (110V 送電 : 電圧低下を考慮 ) に注力した 研究室に入社した テスラ は 自身の回転磁界の研究から交流の発送電システムを考案し商業化にウエスティンク ハウスと契約を結んだ エシ ソンとの確執 電流戦争が勃発 交流の利点が評価され直流システムは廃退 エジソンの功績は類希であるが 改良発明 盗作疑惑もあり 誹謗中傷を受けたものも多い エジソンの晩年は恵まれず " 死者との交信についての研究 " を行っていた 交流の利点 : 変圧器で電圧変換が容易 電線の抵抗で電流減衰はやむを得ないが 電圧を高くすれば減衰は抑えられ 効率が良い 送電は高電圧で行い 家庭で使用する直前に 100Vにする 直流の電気器具のために交流を直流に変換は容易 逆に直流を交流へ変換は難しい 現在は電力半導体で比較的に容易 先ずエジソンありきエジソンの発明が 電気文明の 20 世紀 をもたらした 1868: エシ ソン (21 歳 ) の発明 1 号は 電気投票記録装置だった 日本の明治元年に重なる 1876: 研究所 ( メンローハ ーク ) 設立 電話機など 1300 以上を発明した ヘ ルの電話はエシ ソンの送話機が使われた 1878: 電灯照明会社を設立 電球の発明に取組む 翌年 40 時間の照明に成功 日本の竹炭を使用 1881: エシ ソン電灯会社 ( ニューヨーク 5 番町 ) を設立 翌年 発電所を完成 世界初の電力供給システムを完成 1887: 発電所 (121 カ所 ) を建設し電力供給事業を独占 一方 研究所では扇風機 トースター ヒーター アイロンなど 電化製品を次々に発明 新たな研究所で 映写機や蓄音機の発明にも取り組んだ 1900: アルカリ蓄電池を発明 のち改良 A 型蓄電池 を搭載した電気自動車を実用化する エシ ソンが最も注力した電力供給事業は 激しい競争の末 発明家テスラと起業家ウェスティンク ハウスの交流発電に 置き換えられた 遠距離を送電する電力システムは 変圧が容易な交流方式が優利で 直流方式が廃れた エシ ソンの発明は 戦時中の停滞期を経て 猛烈な勢いで 電気文明の 20 世紀 を形成するにことになった 文明開化エジソンが電力供給システムを完成した翌年 東京電燈会社が設立 1883:(M16) 日本初の電気事業 東京電燈 が始まる エシ ソンが世界初の電力システムを完成した翌年だった! 以降 神戸 大阪 京都 名古屋で設立 1892:3 万 5 千の電燈が灯った 明治文明開化の勢いは想像を絶す 電力利用も積極的で 1890: 日本発の電動エレヘ ーター設置は 米オーチス社が実用化後の翌年だった 1895: 電気鉄道 ( 京都市電 ) が開業 1898: 名古屋 1903: 東京, 大阪にも電気鉄道が続いて開業した かくして 文明開化の勢いに乗り 欧米とほとんど同時進行して日本の 電化 が始まった 三種の神器国策で電力消費キャンヘ ーン 1915 年 (T4): 猪苗代水力から長距離送電 (230km) が成功 電力による新産業を目指し 国策で電力消費拡大 キャンヘ ーンが進められた この流れに乗り 欧米で開発された電化製品は大正 昭和にかけ国産化された 1894: 扇風機 1915: アイロン 1924: ラシ オ 1930: 洗濯機, 冷蔵庫 1931: 掃除機 国産の電化製品が次々に登場 1929: 昭和恐慌から 1944 年 : 敗戦まで電化品の普及は停滞した 復興エネルキ ーが電化製品を生んだ 1947: トースター流行 1953: テレヒ 本放送 1955: トランシ スタラシ オ 電気釜など 神武景気で 三種の神器 に憧れ 1958: テレヒ 普及率 15.9% 皇太子御成婚 33.5% 1964: 東京オリンヒ ック 90% 快適 便利の追求と電力需要を支えた原子力発電高度成長の一躍を担う電化製品快適 便利な電化製品が経済成長を継続牽引した 1960: カラーテレヒ 放送を開始 民放局が次々に開局 放送内容は娯楽性を強め 放映時間は深夜に及び 社会 文化に与える影響度を増していた 16

17 1975: 家庭用 VTR 1961: 電子レンシ 大型冷蔵庫で冷凍食品が普及 冷凍 インスタント食品は食文化を変えた ヒ ル建設ラッシュでエアコンが普及 1970 年代になり家庭にも普及 1990:1.5 台 2000:2.5 台と増加した 1969:FM が開局 良音質オーテ ィオが普及 1981: ウォークマン 1982:CD 発売 映像と結合した DVD へと進化する 電化の拡大で電力消費が増大 (1/3) 家庭用電力は 1972:500 億 kwh 1999:1909 億 kwh 27 年間で 4 倍 1970: 以降 電力が慢性的に逼迫状況に陥り 米国から導入した原子力発電所を相次いで稼動 1986: チェルノフ イリ原発事故を危惧しながらも 52 基の新設が続いた マイコン登場マイコンが電化製品を自動化 TVゲーム パソコンを生み出す 1964: 電卓 (1 辺 42cm 50 万円 ) を発売 電卓メーカー ( シャーフ ) の要請で 1971: 米インテルが 4 ヒ ットマイコンを開発 続いて 1972:8ヒ ット 1977:16 ヒ ットを開発 1981: インテルとHP 社が 32 ヒ ットマイコンを共同開発 現在は 64 ヒ ットが主力 マイコンを搭載したハ ーソナル コンヒ ュータ (PC) が登場 5 年後の年間生産 (182 万台 :20 社 ) に急成長を遂げた マイコンの大衆化はTVケ ーム機で先行 1979: インヘ ータ が大流行 1983: ファミコン ( 任天堂 ) で本格普及が始まった 産業分野はマイコンで製造ラインの自動化を果した 家電品はテレヒ リモコンを皮切りに 全自動洗濯機 エアコン オーテ ィオ カメラに 自動車では数 10 台超マイコンが組込まれる 更に トイレ給水, 駅改札, 飲料 タハ コ販売機にも導入された オール電化 へ掃除ロホ ット登場オール電化にまい進していた が 1970: 温度制御する電子シ ャーが発売され 押すだけ が大ヒットした 快適 便利は オール電化 に向い 電磁調理器 掃除ロホ ット 電波時計 自動調理器 自動カーテン 介護ロホ ットも実用化された だれでも どこでも いつでも なんにでも という ユビキタス や 情報家電 の象徴が オール電化 と思われていたが 震災 原発事故のあと疑問を感じ 誰もが戸惑っている 17

18 5. 日本の電力事業電気の話 5.1 電力会社の歴史 明治 ~ 戦前 1 欧米と同じ歩調で電力事業が始まった 2 電力ヘ ンチャー事業が全国各地に生まれる 3 国策で電力消費拡大 電化が進んだ 4 大戦で電力統制 電力は国の管理になる 戦後 ~ 昭和バブル期 1 占領政策で民間電力 9 社体制になる 2 経済成長を後押しした大規模電源開発 3 原子力発電により石油ショックを乗切る 4 世界に冠たる高信頼電力供給システム 平成 ~ 地球環境問題からクリーン電源へのシフト 2 電力自由化に向け電気事業法の改正 3 発電事業者 高圧需要家 (6kV 以上 ) に自由化 4 停滞していた原発の開発推進を再開宣言 5 自然エネルキ ー スマートク リット の議論活発化 ーそして 2012 年 エネルギー政策の白紙見直しー 日本の電力会社の歴史 : 戦前編 1882 年 (M15): 東京銀座に初めて電灯がともった エジソンの発明から たった 3 年後であった その 4 年後 国内初の電気事業者 東京電燈 が開業 1887 年 (M20): 日本橋に火力発電所が建設され 初めて家庭に電気が配電された その後 全国各地で電燈会社が設立され 20 年後に約 60 社 大正の最盛期には 800 社を超えて乱立し 過当競争を繰り広げることになる その頃 アメリカでは 直交論争 の真最中で 送電ロスの少ない交流システム ( ウエスティンク ハウス ) と 直流システム ( エジソンが推奨 ) のいずれが送電に適するか論争していた 大阪電燈は 遠隔地からの送電に優利な交流システムを採用 東京電燈はエジソンの信奉者が多く直流システムにこだわり続けた ところが 東京電燈も浅草の火力発電所に交流発電機 ( 独製 :50Hz) を導入 これ以降 日本では交流送電が主流になった 大阪電燈は当初 米製 (125Hz) の発電機 のちに米 GE 製 (60Hz: トムソンハンストン社 ) に取替えた 現在の 東 / 西地域で電力周波数が異なる理由の発端である 日清 日露戦争の時代は 燃料 ( 石炭 ) が高騰し コスト抑制から水力発電が広まり 山梨県 ( 桂川水系 ) から東京まで日本初の長距離送電が始まった 国内の広い範囲に電気が供給され 電力会社は価格競争を繰り広げ合併 吸収を繰り返し 大正時代になると 5 つの電力会社に統合された 関東 東海 : 東京電燈 中京 近畿 北九州 : 東邦電力 近畿 北陸 : 宇治川電気 卸電力 : 大同電力, 日本電力日中戦争が始まると政府は 電力国家管理法 を発令 1939 年 (So14): 発電と送電を一手に担う 日本発送電 を設立し 配電会社を全国 9 社にしぼりこんだ こうして 電力は 民間から国の管理下に移された 地域分割 (9 社 + 沖縄 ) の民間電力会社 : 戦後編太平洋戦争の終結で 日本に GHQ が進駐して占領政策が始まった 財閥解体 に伴い 日本発送電 の存在も問題となり 全国の発送電を担っていた同社を解体し 全国を 7 つに分ける案を日本側に示した 当時の首相 : 吉田茂は 電気事業再編成審議会 を設置 松永安左エ門 ( 東邦電力 : 電力の鬼 ) に検討させた 松永は 持論の 9 分割を主張した これに対し 政財界は私企業に戻ると料金が上がることを理由に 日本発送電の解体に反対した 当時の大蔵大臣 : 池田勇人は 松永の再編案を国会に提出するが 反対で廃案 業を煮やした GHQ が 1951 年 (So26): ポツダム政令を発令し 電力民営化と 9 社体制が決定した さらに 松永は 民間電力事業の基盤強化に避けて通れない電力料金の値上げを GHQ の後押しで果した こうして 電力 9 社は民間企業としての経営が可能となり のちの発展へとつながっていく 電力会社は 地域独占が認められている そのかわり 地域内のどこでも電力を供給しなければならない 人里離れた山地や離島にも電気を供給する義務がある 18

19 5.2 高度成長を支えた電力エネルギー電気の話 電力設備投資額 : 最大 4.9 兆円以降 1/3 程に急降下 発 受電電力量 :9400 億 kwh ( 昭和 35 年頃の 10 倍 ) 高圧送電線延長 :18 万 km ( 架空 + 地中地球周の 4.5 倍 ) 年間停電回数と時間 :0.13 回 14 分 戦後の復興と高度経済成長 大規模電源開発の時代終戦を迎え 新しい日本は 戦後の窮乏を乗りこえ 豊かな生活を求め目ざましい経済成長を遂げる 娯楽を求めて人々はテレヒ のヒーローに熱狂 皇太子の御成婚で興奮は頂点に達した 3 種の神器が登場し次々と電化製品が普及 1964 年 (So39): 東京オリンヒ ックを機に 日本は経済大国への道を歩み出した 同時に 急増する電力需要に応えて大規模な電源開発が始まった 1956: 佐久間ダム 35 万 kw( 日本最大 ) 1957: 千葉火力 1 号 12.5 万 kw( 日本最大 ) 東海道線が全線電化 1961: 御母衣 16 万 kw 奥只見 36 万 kw 田子倉 38 万 kw 大規模電源開発のはじまり 1962: 超高圧 22kV 送電線で九州 中国 関西電力を連係 1963: 黒部ダム 33.5 万 kw 世紀の大事業が完成 関電資本 5 倍 (513 億 ) の建設費殉職 171 人 1965: 佐久間周波数変換所 50/60 が完成 1966: 超々高圧 500kV 送電線の房総線を新設 1967: 姉ヶ崎火力 1 号 60 万 kw( 日本最大 ) 1968: 夏季最大電力が冬期を越える ( 年間電力量 2000 億 kwh 超 ) 繁栄の時代 原子力の開発 1973 年 (So48):OPEC が石油を大幅値上げ 石油ショックが暮らしを直撃した 高度経済成長に警鐘を鳴らされた日本は 石油資源への依存を改め 電源の多様化を目指した 石油の代替エネルキ ーとなる原子力発電所は 70 年代に次々と稼働を始めた エアコンやコンヒ ューターなど大型 多様化する電気機器の普及で 電力需要は急増し 要求される品質 ( 電圧 周波数一定 瞬停がない ) も厳しくなっていた 1970: 横須賀火力 1~8 号 263 万 kw( 世界最大 ) 坂出カ スターヒ ン発電 3.5 万 kw( 日本初 ) 1970 年代 相次いで原発 20 基が運開 順次最大出力を更新している 1970: 敦賀原発 (1)35.7 万 美浜原発 (1)34 万 1971: 福島第一原発 (1)46 万 1972: 美浜原発 (2)50 万 1974: 島根原発 (1)46 万 福島第一 (2)78.4 万 高浜原発 (1)82.6 万 1975: 玄海 (1)55.9 万 高浜 (2)82.6 万 1976: 浜岡 (1)54 万 * 廃炉 福島第一 (3)78.4 万 美浜 (3)82.6 万 1977: 伊方 (1)56.6 万 1978: 福島第一 (5)78.4 万 福島第一 (4)78.4 万 東海第二 110 万 浜岡 (2)84 万 * 廃炉 1980 年代 原発 16 基が運開北海電泊 東北電女川 東電福島第二 柏崎刈葉 北陸志賀 関電大飯 九電川内 1990 年代 原発 14 基が運開 2000 年代になると 東北電女川 (3) 東通 (1) 北陸電志賀 (2) 北海電泊 (3) の 5 基に減った 環境の時代 21 世紀に向けて激動の昭和に替わり平成を迎えると ハ フ ル崩壊で経済成長は停滞し電力需要の伸びも鈍化 しかしライフスタイルの変化で民生用電力消費量は増え続けた 阪神 淡路大震災のライフライン寸断で電力インフラの重要性が高まる中 環境問題からクリーンエネルキ ーとして原子力が有望視されていた 風力 ハ イオマス 太陽光など様々な発電方式が検討された 諸外国の電力自由化が日本でも取沙汰され IPP 卸電力 電力託送など議論され電気事業法の見直しが始まっていた そして 東日本大震災による福島第一原発事故の深刻な問題から 改めて電気の必要性を認識する一方で 電力供給体制の見直し論が高じている 資源の無い日本が 世界第 3 位の経済活動を賄う電力需要を 自然エネルキ ーだけに頼るのは所詮不可能な話し! 安心安全を追求する科学技術の知恵が必要である 19

20 5.3 電力会社の特性 電気の話 東電を除く電力は 地域経済を代表, リードする超優良企業 日本全体の1/3が 東電 四国電力は神奈川 ( 需要 ), 千葉 ( 発電 ) 規模に相当 日本は, 世界第 3 位の大規模で 東電だけで伊 英国以上 独 仏国に迫る規模 比較 気になる通信事業者 NTT ト コモ NTT ソフトハ ンク 売上高 4 兆 2242 億 10 兆 3050 億 3 兆 0046 億 営業利益 8447 億 1 兆 1757 億 6291 億 総資産 6 兆 7915 億 19 兆 6655 億 4 兆 6557 億 備考 : 単位円 best effort 持株会社ク ルーフ 会社 東京電力世界最大の民間電力会社原発事故問題で先行き不透明関東地方と伊豆を供給地区とする日本最大の電力会社 過去 日本経済を支えた財界人を輩出した 歴代社長 1961 年 (So36)~: 木川田は 企業の社会的責任 を提唱 哲人的財界人 として高度成長期を支えた 1976 年 : 平岩外四は 経団連会長時代に企業モラルの確立を推進した 第 8 代 : 荒木は 徹底した経営効率化を断行 設備投資の削減 組織のスリム化 業務のIT 化など企業体質の改善を進めた その後は不祥事が続発し 2003 年 (H15): 原発全てが停止され 財界の地位も一挙に低下していった 発電設備は LNG 火力 原子力が主力 ヒ ーク負荷用に石油火力 揚水がある 原子力発電所は 福島第一 二と柏崎刈羽の3ヵ所 いずれも自社の電力供給区域外である 2007 年 7 月 : 柏崎刈羽原発が中越沖地震で全面停止 その後 2011 年 (H23)2 月に4 基 ( 全 7 基 ) が復旧 その間も不足電力を石油火力で補っていた そこへ 福島第一発発の事故が起こり 電力供給力と補償問題で 未曽有の危機に陥っている 新たに福島第一原発の増設 (7 8 号機 ) を計画していたが それどころでなくなっている 関西電力キャッチフレース は 電気の半分は原子力 だった近畿地方と福井県の敦賀以南 岐阜県の一部が供給区域 戦前の大同電力 宇治川電気 日本電力の関連から中部 中国地方に多数の発電施設をもつ 現在の主要な発電施設は 福井県にある原発 ( 美浜 :3 大飯:4 高浜:4) 発電量の原子力割合 50% 国内電力会社の中で最も多い これらは 1970 年代に順次営業運転を開始している 日本海に面した漁業と農業の町は 国の補助金で立派な道路が建設され スホ ーツ レシ ャー施設 体育館が建ち並んでいる 黒部川水力発電所や中国 四国地方からの電力融通で 昨夏の電力不足を切抜けた 定期検査で原発が停止するこれからは 需要家に電力節電を呼びかける必要が生じている 関西電力は 大阪ガスと職烈な販売競争を繰り広げており ガス事業にも進出している 中部電力浜岡原発の全原子炉の運転停止要請を受け入れ静岡 長野 愛知 三重と岐阜県の大部分に電力供給する トヨタク ルーフ など 多数の大口需要家がある 名古屋経済界 ( 四摂家 : 名鉄 松坂屋 東邦カ ス ) の一つ 震災後の5 月 菅首相の要請で 浜岡原発を停止 唯一の原発が停止し原発依存率ゼロ 御前崎市近くの焼津港は 米水爆実験で被曝した第五福竜丸の母港だった 住民の放射能アレルキ ーで反対運動が激しかったが 反対派を説得 1976 年 :1 号機が運転開始した 以前から文科省の地震調査で M8 地震が発生する可能性 :87% と指摘され 独自の地震対策をしてきた 1 号機は 原子炉と制御室 廃棄物処理の建屋を一体化している それでも 地震対策が甘いと言われ 1,2 号機は耐震工事の採算が合わず廃炉を決定済 新たに6 号機の計画最中に 東電の原発事故が起き 定期検査中の 3,4,5 号機を停止した 防潮堤を建設するなど震災対策の完了するまで2 年程以上を要す 発電施設として三重県 : 川越火力 (480.2 万 kw) は建設当時では世界最大 ( 現在 : 韓国 台湾に次ぐ第 3 位 ) 日本最大の石炭火力 : 碧南 (410 万 kw) は CO 2 排出量が多かったが 2009 年 : ハ イオマス混焼試験を経て本格運用を開始 石炭使用量の約 3% をハ イオマス燃料で補い CO 2 排出量を 20~30 万 t/ 年間削減した 20

21 九州電力業界第 4 位の九州経済圏の代表企業九州の全域が対象 東京 関西 中部電力につぐ第 4 位の電力会社で 九州経済圏の代表企業である 電力自由化がはじまった頃 PPS( 特定規模電気事業者 ) に需要を奪われたが 相次ぐ料金値下げで取り戻した 通常 電力とガス会社は競合するが 九州電力は傘下にガス会社を抱え 競争環境がないのも特長 1991 年 (H3): 九州最大の新大分火力を運開 小容量ユニットを複数台連ねる方式で 起動 停止と出力調整が速く 稼働効率が良い 過去 九州最大だった新小倉発電所 ( 筑豊炭を使用 ) は 高度成長時代に北九州工業地帯を支えた いまも 天然ガス転換や高効率のフ ラント増設により 活躍している 原子力は 佐賀県 : 玄海原発と鹿児島県 : 川内原発 2009 年 : 玄海 3 号機はフ ルサーマル運転を開始 ( 日本初 ) 大分県九重町に地熱発電所 ( 国内最大 ) がある 供給区域に離島が多く 近年は太陽光 風力の小規模発電フ ラントを結び合わせた小型電力網 ( マイクロク リット ) の実験に取り組んでいる 東北電力国内最大の供給エリアをもつ東北地方最大の企業東北 6 県と新潟が供給区域で国内最大 ( 国土 20%) の広さ 電力需要は低く ( 全国 10%) 供給効率がよくない 東京以北で最大規模の企業 東京電力と互いに電力融通している 比較的過ごし易い夏場は 東京電力に電力を供給し収入を得てきた 逆に 厳冬期は東京電力から 電力供給を受ける 発電設備は 石炭 LNG 石油火力 水力 原子力がハ ランスしている 原発は 女川 (217.4 万 kw) と東通 (110 万 kw) 宮城県の女川原発は 地震と津波に襲われ 1 号機の外部電源が止まり復旧までの11 時間 非常用発電機で冷却 海抜 14.8m が幸いし 津波 ( 最大 13m) の被害を免れた 震災直後は 避難所として利用された 中国電力上関原発の建設で町が分裂する事態中国地方と兵庫県赤穂市 周辺の島が供給区域 瀬戸内工業地帯がある 自家発電設備をもつ工場が多く 区域内の全発電量の30% が自家発電 自家発電に対抗し 発電コストの低い石炭火力を建設してきた 火力発電が総発電量 :65.7% と高い比率 電力量当たりの CO 2 排出量は 沖縄電力に次いで多い 石油価格の高騰で 石油系の自家発電設備をもつ企業は 中国電力からの買電に切替えが進んでいる 松江市に島根原発がある 1,2 号の合計出力 (128 万 kw) が小さく 3 号 (137.3 万 kw) を建設中 2012 年 (H24)3 月の稼動予定だが 近くに活断層が見つかり問題視されている 瀬戸内海の山口県東部に 上関原発を建設計画しているが 反対運動が続いている 建設予定地が シ フ リ映画 ホ ニョ のモテ ル地域で貴重な生態系に恵まれている 近畿地方へ50 万 V 送電線が引かれることから 関西のために建設することも反対運動の理由である 震災後に原発建設に計画変更ないと表明したが 今後の見通しは不透明 北海道電力電力需要のピークが冬期の電力会社昔は割高な国内炭の石炭火力があり電力料金が高かったが 泊原発の稼働で他電力会社並みになった 全国で唯一 最大電力需要が冬期の電力会社 冬の暖房需要と 夏にエアコンを使わないためである 泊原発は 小樽の西約 40km 1989 年 (H 元年 ):1 号機 2 年後 :2 号機が営業開始 2009 年 (H21):3 号機が営業運転を開始 現在は約 40% の電力を原子力に頼る 北海道は 風力発電の適地だが送電系統の制約から拡大しない 広大な土地と 風力 水力 地熱に恵まれ 今後は再生可能なエネルキ ーを活用する場として注目を集めている 四国電力規模は小きいが 低コストの安定稼働で経営内容は良好四国全県を電力供給区域 販売電力量 :8 位で規模は小さい コスト負担が少ないため業績は好調 近年の設備投資は 坂出火力と橘湾火力 1971 年 (So46): 坂出火力は 石油 重油を燃料に運開 2011 年 :1,4 号機を LNGに切替え高効率運転を開始 2 号機も切替え予定 2000 年 (H12): 橘湾石炭火力が営業開始など 設備投資が減っている 橘湾 坂出火力とも 紀伊水道上に張られた直流送電線で関西方面へ売電している 四国で使う電力の4 割以上は 愛媛県の伊方原発を使用する 原発の安定稼働が コストを抑制の要因 1960 年代から建設計画がスタート 反対運動が続いたが 1977 年 (H52):1 号機が運開 その後 反対運動を受けながらも 2,3 号機と拡充してきた 他原発のような大トラフ ルがなく 安定した営業運転を続けている 北陸電力豊富な水力発電でもっとも安い電気料金を誇る富山 石川と福井県の敦賀以北 岐阜県の飛騨 郡上市が供給区域 戦前から アルフ スを背景に水力発電が盛ん 電力価格が安く アルミ精錬など大量に電力を使う産業が発展した 戦後の電力再編では 小規模ながら豊富な水力があることで独立できた その後 黒部川や庄川の水力発電所が 関西電力に引き渡され 深刻な電力不足に陥る 1950 年代以降は 神通川, 常願寺川に水力発電所を新設 現在 126の水力発電所がある 水力発電の比率 30% が高いことで 電力 10 社の中で最も電力料金が安い 石川県志賀町に志賀原発がある 1993 年 (H5):1 号が運転開始 2007 年 (H19): 臨界事故の隠し問題が発覚 2006 年 (H18):2 号機が運開したが翌年 ターヒ ン羽根の不具合で運転停止 その後 2 基とも運転再開 2 号機は償却負担が重く 関西電力への売電で融通収入を得る 実質的には関西電力のための原発でもある 沖縄電力最も小さい電力だが 沖縄の超優良企業沖縄県が事業地域 最大 優良企業 他電力会社に比べ極端に規模が小さい 1954 年 (So29): 米軍基地の電力需要を賄うため琉球電力公社としてスタート 1972 年 (So47): 本土復帰で 特殊法人 沖縄電力 が引継ぎ 1988 年 (So63): 民営化された 大口需要の 2/3 を米軍基地が占める 石油と石炭火力で CO 2 排出量が多く 原油価格の影響を受け易い 2013 年 (H25):LNG 吉の浦火力を運開予定 コスト高になる離島が多く 電力自由化でも競争相手がなく 本土並み電気料金に抑えるのが苦労 石垣島, 久米島, 宮古島は 低効率のテ ィーセ ル発電機に頼るが 風力発電やマイクログリッドの実証を進めている 米軍基地の移転問題で登場する仲居眞弘多知事は 通産省技官から民営化前の沖縄電力に天下り 社長 会長を経て知事になった経歴の人物 21

22 5.4 日本の電力系統 電気の話 電力系統 Electric Power System 発電から配電までの全体をシステムとして捉えた言葉 構成要素は 発電設備 送電線や変電所などの 流通設備 そして末端で電力を消費する需要家の 負荷 から成る 電力系統は ひとつの発電所がひとつの需要家と直結して運営されるなら簡単だが 実際は複数台の大型発電 設備に 広域複雑な流通設備を経由して 膨大で様々な特性で急変する負荷が接続している 電力系統は 一つの巨大ネットワークシステム として動作している 日本の電力系統は くし型 連系北海道から九州まで 各電力会社の系統が くし型 で連系する 隣接する電力会社同士は原則的に一点で のみ接続している 欧州ではメッシュ型の連系になっている くし型 に接続するメリットは 個々の電力会社の系統が分離し 各電力の維持管理が容易になる 隣接する電力会社の系統の影響を受けず 自社管内の電力運用に集中できる デメリットは 電力不足などの問 題が起きたとき 隣接する電力会社以外からの電力融通を受け難いことである 電力系統運用制御電力会社は 巨大システムをコントロールするために送電網の細分化や冗長化を行い 系統の随所で周波数や電圧の調整を行う 想定外の事象が起こると 瞬時連鎖的 (3 サイクル =60ms) にコントロールが効かなくなり 広域停電が 発生することがある そのまま運転を継続すれば 発電機が破壊 ( ターヒ ンの爆発 ) し 需要家の機器が壊れる 電力需要より発電力が少ないと周波数が下がり 多いと周波数が上がる 電力系統は 周波数を常に一定の範囲内に維持するよう 需給バランスをとりながら運用されている 日本は世界的に見て停電が少なく 電力系統のレベルが非常に高いといわれている しかし 原発事故以後 の発電電力量の不足事態を 電力運用操作で回避するのには無理がある 電力の需給制御電力負荷は常に変化し需要の予測が難しい 暖冷房を使う時期の需要は気温に大きく左右される 東電の場合 3 月に気温が 1 上下すると 需要が数 10 万 ~100 万 kw で変動する 夏場は 1 上昇で 150 万 kw の需要が増える 原発 1 基 100 万 kw だと 1.5 基分が増加することになる 今回の震災による節電意識の 向上 ( 電力減少要因 ) により 需要の予測も新たな方法が必要になる 東京電力の電力需要 夏場 :1 上昇で 150 万 kw 以上増加 冬場 :1 下がると 30 万 kw 増加 22

23 基幹連係送電線 電気の話 電力会社間の連係 融通電力直流送電周波数変換所電源開発 J-Power 東京電力の基幹系統電気の話 東京を囲む環状高圧送電線外環状超々高圧送電線新潟, 福島から長距離送電線千葉, 神奈川沿岸の火力発電都心域は地下高圧送電系統構成上の課題 過去の破壊活動から 送電線の地図上の標記は無くなった 東京電力の系統構成 ( 過去の破壊活動から 送電線の地図上の標記は無くなった ) 東京を中心にした環状高圧送電線関東平野の裾野に外環状高圧送電線新潟 福島から長距離送電千葉, 神奈川沿岸の火力発電都心域は地下高圧送電系統構成上の課題 23

24 6. 家庭コンセントから発電所まで遡る電気の話 6.1 電力系統 ( 発 送 配電 ) 発電所 : 火力, 水力 ( 揚水 ), 原子力発電所など 発電所内の変圧器で50~27.5 万 Vに昇圧して送電する送電線 : 発電所から変電所に電気を送る 送電ロスを少なくするために高い電圧で送電する 変電所 : 超高圧変電所 一次変電所 中間 ( 二次 ) 変電所と 市街地にある配電用変電所がある 開閉所 : 送電線の途中や系統的に重要な場所にあり 送電ルートの開閉を行う 配電線 : 配電用変電所から工場 家庭に電気を送る 途中の柱上変圧器で200/100Vに変換する 電力系統システムの運転発電 送電 変電 配電線 負荷 ( 需要家 ) の設備が 電気的に一つに接続する広域大規模システム である システム全体を 周波数 :50(60)±0.2 Hz 負荷端電圧 101±6V で安定稼動する必要がある = 電気事業法 = 精密機械 自動製造ライン 半導体製造工場など周波数の微変動に影響を与える電気三要素 : 電圧 周波数の維持 確実な供給 経済的な運用 を組合せて電力システムを運用する 時々刻々増加する需要に対応し 規定周波数を維持するため発電機の出力を増加する 電力輸送の送電損失を減らすため需要に近い発電所を選ぶ 効率の悪い小さな発電機は 経済効率を考慮し出力を下げる 系統事故発生時は 瞬時に事故部位を系統から遮断して系統機器の破損を防ぎ 健全系統への事故波及を防ぐ 送電線 2 重化 変圧器の 3 重化など冗長性のある設備構成で 事故時も停電が発生しないようにする 電力系統の4 大調整技術 周波数調整 電圧調整 需給調整 潮流調整 系統につながる発電機は全て同じ周波数 ( 回転数 ) 数 % 変動で発電機を停止ターヒ ン 回転軸が破壊系統容量が小さいと周波数は変動しやすい 日本は隣接国がなく欧米に比し容量が小さく 変動が大きい需要増加すると電流が増加 需要家側電圧が低下 変電所コンテ ンサ投入 変圧器タッフ 切替送電可能な電力容量は 電圧の2 乗に比例 ( 損失は2 乗に反比例 ) 電力系統の安定度 ( 発電機の回転が乱れる ) は 送電能力 ( 距離が長いと低下 ) で定まる安定度は電源 流通設備双方の状態で変化 計算機シミュレーションで想定チェックする 各種系統状態と制御内容 定常状態 緊急状態 復旧状態 系統状態制御内容制御目的 電力系統が規定周波数 電圧で運転している状態 系統に事故が発生し放置しておけばこれが全系に波及拡大するおそれがある状態緊急状態を脱して一応系統が安定した状態であるが 変則系統となっている状態 発電制御 発電機並列 系統切替 負荷切替 保護リレー整定変更 系統分離点変更故障除去 ( 保護リレー動作 ) 各種安定度対策 (SDR など ) 電源制限 負荷制限 系統分離 発電調整 系統分離 負荷切替 予備力の発動 発電機並列調整 予備設備投入 系統並列 系統切替 負荷切替 負荷送電 系統に事故が発生してもある決められた信頼度レヘ ルを維持するための監視 予防制御 故障除去事故拡大防止系統安定化 制御 復旧操作による平常系統状態へ戻す制御 24

25 6.2 家庭コンセントから電柱まで電気の話 日本の電力系統対地帰路方式 ( 中性点接地 ) 片側アース ( 接地線 ) で感電防止 電灯線 単相 3( 又は 2) 線式 100/200V 高圧配電線 3 相 3 線式 6600V (* 欧米は 家庭 : 単相 2 線式工場 :3 相 4 線式が多い ) 家庭コンセントとアース ( 接地 ) コンセントの穴は よく見ると左右で長さが異なり わずかに長いほうがアース ( 接地 ) になる 通常の電気器具は何れでも動作するが 音響機器は適正な向きの方が音質は良い 大型電気器具では アース ( 接地線 ) につなぐことで漏電による人間 の感電を防ぐことができる 対地帰路方式の配電線 ( 発電 送電とも日本全国統一 ) 家屋内の配線は最近では単相 3 線式が多く 大電流の空調機など 200V を使用する場合がある ( 従来は単相 2 線式 ) 電圧は 2 本の線間電圧を指し 対地電圧は何れも 100V になる 積算電力計 (WH メータ ) を経て 引込線により電柱へつながる 単相交流の低圧配電柱上変圧器は 6.6kV を低圧 100/200V に変換する 電柱の上側 2 本線は 動力線 :3 相 3 線式 200V で街工場 農業 ( 温室 ) などで使 用する 動力線の接地線 ( 中性点 ) は 電灯線と共用している 下側 3 本が一般住宅用の 電灯線 : 単相 2/3 線式 100/200V になる 各家庭の電源は 特定の柱上変圧器につながっている 3 相交流の高圧配電線配電は 電圧により超高圧配電 (2 万 V 以上 ) と高圧配電 (6.6kV) があり 市街地 の住宅では 高圧配電方式になっている 電柱の上側 3 本が 高圧配電線 :3 相 3 線式 6600V で 街に数ヶ所ある 配電用変電所 につながる 柱上遮断機 で 高圧配電線が接続する 配電用変電所 を遠隔制御で切替え 操作し 電柱, 配電線の増設作業 事故発生時の停電回避をはかっている < 配電自動化システム > 電力会社の営業所 25

26 6.3(1) 配電線路網 架空線) 電気の話 配電線路 こう長 電柱本数 変圧器 １２６万km 9 電力合計 ２０７０万基 H18年度 架空 地中計 ９７５万個 線路 So26年比480倍 配電線路図(架空線) 電力供給エリアの配電設備(位置 地番 地権者 電柱 変圧器 電線 支持物 形状 保守情報 )を地図上で 管理し 設備更新時の工事を確実なものにしている また 通電状況を常時監視し 事故発生時の迅速な復旧 を行う 最近では 営業所の 配電自動化システム で 事故時の自動復旧も行っている 地図が計算機で処理できなかった昔から(So５０年頃まで) 住宅地図を手書き作成して配電設備の図面管理 を行っていた 都市計画図 住宅地図 道路ナビなど 地図が普及する以前の話 電気事業法の制約から 電 力会社は地図ﾋﾞｼﾞﾈｽへ参画できなかった NTT(電信柱) 通信会社 CATV 道路管理者(国道 県市町村道 建設局) 上下水道 警察 26

27 27 カナタ : 電柱 ( 木柱 ) 三相 4 線式

28 近郊都市部の環境美化 ftp://watasumu.web.fc2.com/05shizenka/elect/phot/tepcopowersys.jpg 電柱に 共架 する通信ケーブルが ある 通信事業者(NTT AU by KDDI ｿﾌﾄﾊﾞﾝｸ CATV)が顧客獲得のため重複して線路敷設をしている 管理 者不在で近郊住宅街の景観は最悪 になっている NTT の光回線敷設は 経年劣化した銅線ケーブルの置換えだが 従来ケ-ブルの撤去は行わない 28

29 6.3(3) 地中配電線電気の話 都市景観に配慮した地中配電方式 洞道 : 地中送電線 4.8m 径 27 万 15 万 V の電力ケーフ ル, 電灯線, 専用通信線, が通る 地上変圧器 都市部では配電線の地中化が推進されている 地中配電線の設備管理 ( 道路管理センター ) 道路管理者 ( 国県市町村 私道など ) は占有の許認可 占有料の徴収 安全確保など地中埋設物を管理する 電力会社 地中配電線の工事設計から工事施工 ケーフ ル芯線管理 需要家の引込線管理などを計算機システムで一貫 ( ワンストッフ サーヒ ス ) 処理する 寒冷地では 道路ヒーティンク 融雪も重要な任務になる 海外欧米は 雨量が少なく地中化工事が比較的に容易 安全である 道路建設の規格化 ( 中央線 幅員 側溝 埋設など ) が明確で公道 私道も分離されている ( 道路ありき ) 29

30 6.4 配電用変電所電気の話 変圧器 6.6/66kV (x3 以上 ) カズ遮断機 + 母線 送電線 66kV ( 上位の一次変電所へ ) 配電用変電所 50MVA 1 万戸分に相当 (50A/ 戸 ) 近郊市街地なら町村に 1 ケ所ほどが設置される 先の計画停電時の区分単位に相当する 個人住宅の太陽光発電が普及した場合太陽光発電の電力は配電線を伝わり配電用変圧器に逆流する 数 % では他需要家の負荷と相殺され問題ない 規定電圧を超える場合は 太陽光発電出力を抑制する 太陽光発電出力は短時間に大きく変動するため 商用電源の電力波形を乱し雑音になる恐れがある 30

31 6.5 高圧変電所 (一次 二次変電所) 電気の話 ガス遮断機 空気遮断機 断路器 変成器 変圧器 電力用ｺﾝﾃﾞﾝｻ ﾘｱｸﾄﾙ 地下変電所 幾何学的な構造 500kV変電所 写真 変電所単線結線図 (例) 変電所構内 機器制御装置 変電所機器 配置図 (例) 変電所構内 監視制御システム 31

32 6.6(1) 高圧送電線 電気の話 多導体 電気は導体の表面を流れる性質を利用し 損失抑制と放電が起き難い 複数線とする 架空送電線こう長 地中送電線 鉄塔基数 8.3 万 km 1.2 万 km 35 万基 (9 電力 H18 年度合計 ) So26 年比架空送電 : 200 倍 地中送電 : 930 倍 鉄塔の形状送電線の鉄塔はもっとも一般的な四角鉄塔のほか 設置場所や送電内容により様々な形状がある 冬の積雪で送電線に付着した雪が溶け落ち 跳ね返り ( キ ャロッヒ ンク ) 接触事故を防ぐための えぼし鉄塔 鉄道線路の上では 門形鉄塔 が採用する 気体放電の障害防止から電圧が高いほど鉄塔が高くなり 今後の 100 万 Ⅴ 送電の鉄塔は 110m 程になる 架空送電線は中心に鋼鉄線を束ね周囲をアルミニウムで巻いた線を使う 電気抵抗が小さく 軽量で耐食性も優れている 三相 3 線式 2 回線 ( 二重化 ) 送電一般家庭では単相交流だが 送電には三相交流を使用する 同じ電力を送るのに単相交流で 6 本必要な電線が 三相交流では 3 本になる 三相交流は工場などの大動力に適し 単相を取り出すのも容易である 鉄塔には一回線当たり 3 本の送電線が必要になる 送電線は事故に備え 腕木の反対側にもう 1 系統の三相交流を張り 2 回線とする 架空地線 ( 落雷事故防止高速光通信線 ) 鉄塔の最上部に 送電線の落雷を防止するため架空地線 (OPGW) が張られる 架空地線は接地 ( アース ) して 落雷電流を地中に流す 現在は 中心部に通信用の光ファイハ ーを組み込み 発変電所間の高速専用通信に用い 電力機器の保護制御や迅速な情報の交換に使用している 32

33 6.6(2) 送電系統図 電気の話 系統事例:ﾓﾃﾞﾙ 電力系統計算 電源 送電線 変圧器 負荷が網目状に繋がる電力系統のｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ(潮流計算)で電流 電圧をﾁｪｯｸする 昔は実系統を模擬したｱﾅﾛｸﾞ回路を接続する ｱﾅﾛｸﾞ交流系計算盤 を使用したが 近年は高速ﾃﾞｼﾞﾀﾙ計算 機を活用する 基本は ｵｰﾑの法則に従った電気回路計算で 多次元連立方程式の解を求める 超高速計算機と高速計算手法により短縮されている 昔は 大型計算機でも半日単位時間を要した 送電線保護リレー装置 高圧送電線の事故(落雷)は電源供給に大きく影響するため 高度ﾘｱﾙﾀｲﾑの保護装置を備える 送電線の両端の電力波形 50(60)Hz をﾃﾞｼﾞﾀﾙ符号変換し ﾏｲｸﾛ無線で相手端に送り双方を比較処理する 事故(落雷 切断 接触)の波形乱れを処理検知し 両端遮断機を開く 落雷で設備故障がなかった場合は 再度遮断機を閉路して送電を開始 事故検知から３ ４ｻｲｸﾙ( 100m 秒)で遮断 １秒で復帰させる 送電鉄塔の最上部に張られた架空地線:光通信ｹｰﾌﾞﾙ(OPGW)は 送電線保護に活用する 33

34 6.7(1) 水力発電所 電気の話 黒部第 4 ダム フーバダム : 米国 三峡ダム : 中国 竣工 : 年 総貯水量 2 億 m 億 m 億 m 3 最大発電量 33.5 万 kw 万 kw 万 kw 備考日本全タ ムの総貯水量 :204 億 m 3 ラスヘ カ スから48km 実最大 2240 万 kw 原発 16 基相当 海外ダム 6.7(2) 火力発電所 電気の話 竣工 : 年 発電機 最大発電量 備考 横須賀火力 : 東電 に全 8 基を停止 万 kw 3.11 以降運転を再開 (G13 台 : 緊急増強 ) ホ リョン火力 : 韓国 1998 複合火力発電 万 kw 世界最大規模の火力 川越火力 : 中部電 1989 LNG x4 基 万 kw コンハ イント サイクル発電機 * 柏崎刈葉原発 1985~ 万 x7 135 万 x2 基 万 kw 97 時店で世界最大規模の原発 6.7(3) 原子力発電所 電気の話 昭和 42 年 : 建設に着手昭和 45 年 : 大阪万博の年 東電福島第一原発 関電美浜原発 が相次いで運開 米国 :GE 社 WH 社のフルターンキーだった 6.7(4) 福島第一原子力発電所 電気の話 東電福島第一発電所の見学映像 事故後の電源喪失時の訓練実システムを模擬する訓練シミュレータで実機と同じ操作をする 34

35 6.8(2) 系統制御用計算機システム電気の話 電力系統の自動化計算機システム発変電所 制御所 本支店 営業所に設置する計算機システムは 専用テ シ タル通信網で接続され電力系統の運転状況を相互に伝達し 常に系統全体の運転状態を把握することができる 中央給電指令所を最上位にして 給電所指令所 > 制御所 > 発変電所と階層構造で監視制御が行われる また 他電力との融通電力量 最近は PPS からの電力量を事前に調整したり 実際に送受した電力量の監視を行う 電力業務の機械化計算機システム電力顧客 ( お客様 ) の数は 東電で約 2800 万口 ( 全電力約 8200 万 ) 顧客の移動により日々内容が変わる 電力契約 引込線工事 接続工事 検針 料金計算徴収などに大型計算機システムを使用する 電力会社は 業務処理の機械化にいち早く大型計算機を導入している 電力用通信設備事業所間の通信ネットワークは 電力会社が独自に設置し 信頼性 セキュリティを確保する 電力制御や業務処理のために マイクロ無線回線 光ファイハ 回線 送電線 OPGW 配電用の電力線搬送回線 非常用の衛星回線通信ケーフ ルなど 多くの通信設備を保有する 通信種類 ch km マイクロ波無線装置 光通信装置 通信ケーフ ル 電力会社は NTT など通信事業者を除き 保安用通信設備を最も多く保有している 35

36 6.8(3) 中央給電指令所電気の話 需要と供給運転計画の立案常に安定した電力を届けるために需要に影響しそうな要因を分析し 需要を的確に想定する 発電機や送電線は定期点検 改良工事で使用できない期間がある これを想定して発電機の運用計画を立案する 運転計画は水力 火力 原子力の特性 経済性を考慮する必要がある 需給計画は年間計画 月間計画 週間計画とステップを踏みながら立案して より制度の高いフ ランになる 翌日計画は季節 天候 曜日 催し開催 社会の動向などを再チェックし設定する 当日は リアルタイムの需要変動に合せ 発電機の運転指令を行う 系統事故や突発の状況変化があると 発変電所と連携して発電機の運転を指令 また送電線ルートの変更を指示する 給電所では 24 時間 365 日 5 人 2 交代制で監視を行う 気象監視盤 天候状態の監視に 気象庁の予報情報に加え 電力会社独自に気象レーダによる発雷監視を行う 電力需要の変化季節により変動 ~ 夏は春 秋の 50% 増電力需要が季節により大きく変動することが 首都圏の電力消費の特徴 夏が最も多く 冷暖房需要のない春と秋が少ない 最大電力は 夏 6/ 冬 5/ 春 秋 4 の割合で 真夏は 春 秋に比で約 50% 電気消費が増える 具体的に 2000~3000 万 kw 増加は 九州地域の最大電力 ( 約 1700 万 kw) を超える量が季節変動する 時間で大きく変動 ~ 発電機 30 基分が急増 1 日の時間による変動も特徴 夏 電力消費が最小の時間帯は明け方 社会活動が始まると急激増 昼過ぎ午後 1~4 時の時間帯に最も多くなる その差は約 3000 万 kw 大きな発電機 30 基分に相当する 気温に敏感に反応 ~1 度上昇で沖縄県分増加電力消費は気温 湿度に敏感に反応する 最大電力発生時の需要の約 1/3 が冷暖房需要になる 30 を超えた夏 更に 1 上昇で 約 170 万 kw 増加する これは沖縄の最大電力 ( 約 150 万 kw) を上回る規模になる 36

37 7. 海外の電力事情 電気の話 主要国名 米国 中国 日本 ロシア インド ドイツ カナダフランス 2009 年電事連 OECD/IEA 資料 一次エネルキ ー消費 石油 100 万 t 換算 ( 自給率 %) 総発電電力量 億 kwh/ 年 ( 原子力比率 + 他 ) 20+ 炭 炭 炭 / カ ス 17+ カ ス48 3+ 炭 炭 水 水 11 % 総発電設備容量 総消費電力量 万 kw 億 kwh ( 家庭用 %) 米国は 2002 年以降 発電電力量が 4 兆 kwh を超え日本の 4 倍 近年経済成長の著しい国々の伸びが著しい 中国 : 20 倍 /40 年で 米国を越える勢い インド : 4 倍 /25 年の増加 米国 ドイツ 中国 インドでは 石炭火力の発電が大きなシェアを占める カナダでは水力発電 フランスは原子力発電が大きなシェアを占める 近年 ガス火力の発電量が増大 特にイタリア 英国 ロシアで顕著 ロシア 中国は 重工業主体の経済で 家庭電化の遅れで 家庭用消費量の割合が少ない 日本の電力と比較東電が電力を供給する巨大な首都圏を中心とする地域は 人口 : 日本全体の約 3 割 GDP: 約 4 割を占める 電気の消費量においても日本全体の約 3 割を占め イタリアを上回る大きさです また 1 年で最も多く電気が使われる最大電力では イギリスを上回る 最近の大停電 ( 主要国の事例 ) 1977/7/13~14 ニューヨーク大停電 アメリカ 米北東, カナタ 南西部 2500 万人 需要過剰など複合要因 1978/12/19 フランス大停電 フランス 全土の 80% 1987/7/23 首都圏大停電 日本 東京都他 6 都県 280 万戸 需要過剰をきっかけとした電圧崩壊 1987/10/15, 年大停電 イキ リス 南部 1989/3/ 年ケヘ ック大停電 カナタ ケヘ ック州 600 万世帯 X13 の大規模な太陽フレア 1995/1/17~ 阪神 淡路大震災の停電日本 兵庫県 大阪府 300 万世帯地震による送電設備の多発的な損壊 1999/7/29 台湾大停電 台湾 台南の北 846 万人 送電鉄塔の倒壊 1999/11/22 自衛隊機墜落東京埼玉 日本 埼玉南部 東京西部 80 万世帯 航空機墜落による送電線切断 2000/9/14~ カリフォルニア電力危機 アメリカ カリフォルニア州 150 万世帯電力自由化による供給能力不足 2003/8/ 年北アメリカ大停電 米 カナタ 米北東 カナタ 南西部 5000 万人 送電管理システムのダウン 2003/8/ 年ロンドン停電 イキ リス ロンドン 50 万人 2003/9/23 テ ンマーク スウェーテ ン停電 テ ンマーク 500 万人 テ ンマーク スウェーテ ン南部 2003/9/ 年イタリア大停電 イタリア 概ね全域 5600 万人 2005/5/25 モスクワ大停電 ロシア モスクワ 1000 万人 2005/8/18 ジャワ島大停電 イント ネシアジャワ島 1 億人 2006/8/14 首都圏大規模停電 日本 東京 神奈川 千葉 850 万 クレーン船の接触事故に送電線切断 2006/11/4 ト イツ大停電 ト イツ 仏 イタリア ヘ ルキ ー スヘ イン 500 万人船舶通過で渡河送電線を一旦停止 風ホ ルトカ ルなど力発電の不安定を吸収できなく過負荷 2008/2/25 マイアミ大停電 アメリカ マイアミ周辺 300 万人 変電所でのスイッチミスによる火災 2011/3/11 から東日本大震災の停電 日本 845 万世帯東北地方 関東地方の一部 2011/9/8 アメリカ 140 万世帯カリフォルニア南部 アリソ ナ西部 メキシコの一部 2011/9/15 韓国 全国各地 猛暑で電力供給不足 余裕があるのに 212 万世帯突然電力停止指令を出し混乱が広がる 37

38 7.2 隣接地域との連係 電気の話 冬期送電容量 日本 国土が狭く 電力の大消費地が連なって存在 送電設備は発電設備と一体的に整備され 基幹系送電網は整備済み 大規模電源を超高圧の基幹送電線を経由して需要地へ送電 供給する 米国 国土が広く 電力の大消費地が点在 ( 偏在 ) 主要な電力事業者 200 社 全体では 3000 社を超える 送電線下の樹木伐採管理の不徹底などによる停電の発生 設備保守 保安の取組み手薄 需要増に対応した送電インフラ整備の遅れによる送電線混雑が発生 基幹系送電網が未整備で 日本に比べ送電設備などインフラが脆弱で ブッシュ政権時代にエネルギー政策の一部として電力システムに関する各種提言がなされた 2005 年エネルギー政策法では 送電線の近代化が盛り込まれた 2007 年エネルギー自給安全保障法で スマートグリッドの構築推進が盛り込まれた 年オバマ政権は グリーンニューディール政策 で次世代送電網整備に 3000 億円を投資する 集中した日本型供給システムと異なり 広域分散する系統のため 地域分散の独立系統を図ることも可能 電力供給信頼度が日本に比べ劣る 欧州 大陸中に電力の大消費地が点在する一方 原子力 火力などの電源は比較的需要地近くに立地 各国は国際連系線でメッシュ状に連系 一部地域を除いて需要の伸びが小さく 発電設備に余力 総発電設備 最大需要 (2005 年 ): ドイツ 158% 送電設備も余裕があったが 最近の風力 ( 需要地から遠隔地域に立地 ) など再生可能エネルギーの大量導入に伴い 一部の地域間連系線等で送電容量不足が顕在化 2003 年のイタリア全土停電 2006 年の欧州広域停電など広域的な系統運用の不備による停電が相次ぎ 広域的な系統管理が課題 供給信頼度が日本に比べ劣る 38

39 8. 電力に関わる最近の話題電気の話 8.1 電力自由化の現状 電力自由化の経緯 2000 年 3 月 電力の小売りが部分自由化された 2005 年 4 月 電気事業法を改正し発送配電一貫体制を堅持して公平透明な競争環境を確保した 日本型自由化モデル を定め 高圧受電の需要家まで自由化範囲を拡大した この枠組みの中で 電力各社は新規参入の発電事業者 他電力会社とも対等に競争を行っている 2007 年 4 月の電気事業分科会で家庭部門も含めた全面自由化の是非を検討したが 2008 年 3 月に現時点で自由化範囲の更なる拡大は 一般家庭の需要家にメリットが少ないと判断し 別途検討することになった 自由化の範囲外 ( 規制料金 ) 種別対象例契約電力契約口数使用電力量電力量シェア低圧電力小規模町工場 50kW 未満約 630 万口 385 億 kwhr 約 5% 電灯コンヒ ニ 家庭 50kW 未満約 7000 万口 2597 億 kwh 約 31% 卸電気事業者 : 一般電気事業者に電力を供給する事業者 ( 合計 200 万 kw 超の発電設備 ) 電源開発 J-POWER 日本原子力発電 卸供給事業者 :IPP 独立系発電事業 Independent Power Producer (10 年以上 1000kW 超 5 年以上 10 万 kw 超供給 ) 北海道企業局 埼玉県企業局 神奈川県企業庁 山梨県企業局 長野県企業局 金沢市企業局 ほくでんエコエナジー 常磐共同火力 酒田共同火力 相馬共同火力 東北自然エネルギー開発 鹿島共同火力 住友共同電力 東京発電 君津共同火力, 富山共同自家発電 和歌山共同火力 瀬戸内共同火力 戸畑共同火力 大分共同火力 特定電気事業者 : 限定された区域に自営の設備を用いて電力供給諏訪エネルギーサービス東日本旅客鉄道六本木エネルギーサービス住友共同電力 JFE スチール 特定規模電気事業者 :PPS Power Producer and Supplier ( 高圧受電 50kW 超の需要家へ送電線を通じ供給 域外へ供給可 ) タ イヤモンドハ ワー 丸紅 イーレックス 新日鉄エンジニアリング エネット サミットエナジー 大王製紙 サニックス JX 日鉱日石エネルギー エネサーブ F-Power 太陽光発電設備 光発電 ク リーン電力販売機構 スペクトルパワーデサ イン ハ ナソニック 王子製紙 極東エレテック タ イトーシステムインターナショナル 日本テクノ 昭和シェル石油 JEN ホールディングス 日本風力開発 オリックス 泉北天然カズ発電 やまがたク リーンパワー ク リーン ESCO 荏原環境フ ラント 関東ロジテック協同組合 コスモ石油 東京エコサービス G-Power フ レミアムグリーンパワー テス エンジニアリング エム & デ ィーグリーンエネルギー 武蔵野ホールディングス 日本セレモニー 伊藤忠エネクス 島忠 二又風力開発 日産自動車 慧通信技術工業 遠隔検針協会 馬車道 Mr.Max( ミスターマックス ) サン レイン シ ャパン 出光ク リーンパワー 高圧一括受電サーヒ ス事業者 : 電気事業者から高圧受電した電力を 地点内需要者に再配電東京電力イーレックスアイピー ハ ワーシステムズ NTTファシリティーズ中央電力日本電力 39

40 8.2 電力託送 発送電分離電気の話 [ 脱英国病 ] 政策の柱に 電力自由化 : 英サッチャー政権 1988 年 :20 年前に発送配電を実現中央電力公社 CEBG 3 分割 +12 配電会社 + 送電運営 NGC 計 16 社発電会社に海外資本の流入 ( 独仏英米 : エンロンなど ) 電力料金 :40% 低下 2002 年 : 目的達成 ( 要因 : 設備投資抑制 競争原理 ) 電力業界は合従連衡 本格生き残り戦略市場重視政策の流れ 米国 : レーカ ン政権でも実施日米構造協議で日本へも波及 (2000 年に一部自由化開始 ) その後英国では電力小売価格が上昇に転じる供給力逼迫 天然カ ス価格上昇 ( 要因 : 競争余裕がなくなる ) あと 5 年で 60% 上昇の最悪シナリオが懸念環境問題 CO2 排出権 供給保障の強化などが課題新エネルキ ー 安定供給技術などエネルキ ーインフラ投資が必要 同時同量の範囲 : 30 分 /3% の変動 変動で不足供給料金 送電託送の料金 : 欧米に比較し高い 特別高圧:2.25 高圧 :4.24 円 /kwh 電力市場の制度設計は 電力の安定供給が大前提 8.3 再生可能エネルギー利用拡大の課題電気の話 スマートグリッド : 欧州社会学者が推進 日本はエンシ ニアが推進 新規事業者の選定 投資対効果 メリット算定 自然エネルギー : 発電能力が小規模で不安定 長距離送電線配電線の逆潮流 系統の安定化制御 普及 ( 試算 ) の限界 : 新築住宅の 7 割?? 設備投資 :200 万円で投資回収 :15 年の課題 買取制度による差額分の国民負担が発生 ベース電源に依存 : 非発電時のヘ ース電源確保 交流波形の乱れ 40

41 コスト等検証委員会電源の発電コストを再試算 2012/.2/ 年 10 月 国家戦略大臣 : エネルキ ー 環境会議 は コスト等検証委員会 を設置 聖域なき検証の前提となる 安いとされた原発コストを見直した 12 月 19 日 報告書は 社会的なコストも含め試算し 具体的には (1) 原発の建設費用 (2) ウラン燃料費用 (3) 人件費など運転管理費など一般的な発電原価に加え (4) 事故リスクのコスト (5) 政策経費も含め試算した 結果 下限 : 約 9 円 /kwh 上限 : 示せない 従来の経産省 : 総合エネルキ ー調査会 ( 電気事業連合会試算 ) の 約 5~6 円 /kwh より 5 割以上は高い 他エネルキ ーと比較した場合 自然エネルキ ーの割高感は歪めない 総合資源エネルギー調査会新委員 5 人 論点整理を公表 2011/12/20 基本問題委員会のメンバー追加問題が決着 最終的に 反原発 発送電分離派 :5 人を加え 合計 :22 人になった 委員会は経産大臣にエネルキ ー政策の助言する諮問機関で 政策のあり方を基本から議論する 委員長は三村明夫新日本製鉄会長 枝廣 : 環境シ ャーナリスト 植田 : 京都大学教授など 反原発派 委員の就任が内定していた 委員 17 人のうち 14 人が基本的に原発推進派の立場 前任の鉢呂氏は 反原発派を 9~10 人を任命する意向だった 経産相を引き継いた枝野大臣の人選が注目されていた 新委員 :5 人は阿南 飯田 大島 伴 八田の各氏 八田氏を除く 4 人が原発反対の立場 八田氏は発電 送電分離論者 新委員 5 人を加えても 原発推進派が多数を占める エネルキ ー業界代表は居ない 会合は月 1 2 回程度開き 今夏の新計画策定を目指す 委員会の暫定的な取りまとめとして 12 月 20 日 経済産業省資源エネルキ ー庁は 新 エネルキ ー基本計画 策定に向けた論点整理が公表した 内容は 望ましいエネルキ ーミックス及びエネルキ ー政策の改革の方向性 として その基本的方向性が下記の 4 点に整理されている (1) 需要家の行動様式や社会インフラの変革を視野 省エネルキ ー 節電対策を抜本的に強化する (2) 再生可能エネルキ ーの開発 利用を最大限加速化させる (3) 天然ガスシフトを始め 環境負荷に最大限配慮して化石燃料を有効活用する ( 化石燃料のクリーン利用 ) (4) 原子力発電への依存度をできる限り低減させるなおこれら項目以外に 発送電分離 や 極東アシ アの国際的電力ネットワークの構築 など電力システム改革などが複数委員から提言されている 基本的方向性の省エネ 節電対策は 今後の望ましいエネルキ ーミックスの中での 節電 省エネ分 として 火力や再生可能エネルキ ー等とともに将来の電源構成として位置付けられ その重要性には異論がない 41

42 END 電気 ( 電磁界 ) は 宇宙空間に満ちている 我々が使う電力エネルギーは 複雑巨大な電力システムを経由して家庭に届けられている いかなる組織体制になろうと 長期的に安定した高信頼度の電力エネルギーの供給を最優先にして 国の議論が進むことを願う Note 改 工学単位 : 8 ビット (b:bit)=1 バイト (B:Byte)=2 8 (256 個の整数 ): 計算機は並列処理バイト (B) 単位で物事を考える 1MB は正確には 1024kB 64 kbps(bits per second) : 通信は直列 (bit 単位 ) 伝送 NTT 固定電話の基本単位になる キロ k:1,000 >メガ M:1,000,000 >ギガ G:1,000,000,000 >テラ T:1,000,000,000,000 >P >E 注 ) m: ミリ m: メートル m(min): 分 M: メガ 人名に由来する単位: 大文字 Hz: ヘルツ W: ワット A: アンヘ ア V: ホ ルト J: シ ュール Pa: ハ スカル Sv: シーヘ ルト Bq: ヘ クレムなど 注 ) kv kwh MVA rpm( 回転数 / 分 ) AU( 太陽 地球距離 =1.5 億 km) 50 万 V=500kV 66kV=66000V( 送電 ) 6.6kV=6600V( 配電 ) 注 ) 30 万 kw=300,000kw=300mw 50MVA=50,000,000VA=500,000Ax100V=50Ax100Vx1 万戸 福島第一原発出力: 46~ 80 万 kw/ 基 x6 (470 万 kw) 柏崎原発出力 :100~140 万 kw/ 基 x7 (820 万 kw) 発電電力量 ( 販売電力量 ) :10410 億 kwh=10.4 億 MWh 日本全体 :2009 年間 (H21) 発電設備容量 ( 最大設備出力 ) : 約 6500 万 kw 東電 :2011 年 (H23) 最大電力 (= 最大消費電力 ) : 約 6430 万 kw 東電 :2001 年 (H13) 夏季 単位の上限 英語 :10 12 trillion 日本語 :10 20 垓 SI 単位系 :10 15 Peta 千 1k 1 thousand 万 10k 万 100k 万 1M 1 million 万 10M 億 100M 億 1G 1billion 億 10G 億 100G 兆 1T 1trillion 兆 10T 兆 100T 兆 1P 京 10P