主 題 2 電 気 を 届 ける 仕 組 み -コンセントの 向 こう(2)- 1
2. 電 気 を 届 ける 仕 組 み コンセントの 向 こう(2) どうして? コンセントの 電 気 は 使 う 量 とつくる 量 がぴったり 一 致 している テレビのスイッチを 入 れたことが どうしてつくる 所 ( 発 電 所 )でわかるのだろう まず 予 想 しよう 1. 電 力 を 安 定 して 届 ける 仕 組 み < 電 力 のミックス> 右 図 は 1 日 の 需 要 の 変 化 ( 日 負 荷 曲 線 ) とそれに 対 応 する 発 電 電 力 の 内 訳 である 様 々な 発 電 方 法 エネルギー 源 の 発 電 機 を 組 み 合 わせ それぞれの 制 御 特 性 を 生 かし て 需 要 量 と 発 電 量 がいつもぴったりと 合 わせられている 石 炭 火 力 原 子 力 及 び 流 れ 込 み 式 水 力 発 電 は 昼 夜 を 問 わず 安 定 して 発 電 しており その 役 割 からベースロード 電 源 と 呼 ばれる ( 注 ) 風 力 発 電 や 太 陽 光 発 電 はまだ 少 ない 基 底 負 荷 (ベースロード) < 予 備 力 > 当 日 の 最 大 需 要 を 予 想 し 最 大 需 要 が 発 生 する 時 間 帯 にも 確 実 にそれを 上 回 る 発 電 能 力 が 準 備 される この 差 が 予 備 力 である 予 想 のずれや 突 発 的 な 設 備 の 故 障 などに 備 えて いつも 一 定 の 予 備 力 を 確 保 しておく 必 要 がある 予 備 力 = 最 大 発 電 能 力 - 最 大 需 要 < 電 力 の 品 質 > 電 力 の 品 質 は 主 に 次 の 三 項 目 で 表 される わが 国 の 品 質 は 国 際 的 にも 高 い 水 準 にある 停 電 時 間 が 短 い 電 圧 が 基 準 値 内 (101±5V) 周 波 数 が 基 準 値 内 (60±0.2Hz) 揚 水 動 力 とは 揚 水 発 電 所 で 発 電 用 に 水 を 汲 みあ げるために 使 われた 電 力 のことである 日 負 荷 曲 線 に 対 応 した 発 電 の 組 み 合 わせ 例 発 電 方 法 ごとの 制 御 特 性 発 電 方 法 出 力 の 制 御 特 性 原 子 力 発 電 緩 やかに 調 整 可 能 通 常 は 一 定 運 転 火 力 発 電 燃 焼 量 を 調 整 し 速 やかに 調 整 可 能 水 力 発 電 水 量 を 調 整 し 急 速 に 調 整 可 能 風 力 発 電 風 の 強 さに 従 う 太 陽 光 発 電 光 の 強 さに 従 う 貯 水 池 式 調 整 池 式 及 び 揚 水 式 水 力 の 場 合 流 れ 込 み 式 水 力 は 河 川 からの 水 量 に 依 存 する < 調 整 可 能 電 源 > < 揚 水 式 水 力 発 電 > 水 力 発 電 や 火 力 発 電 は 電 力 需 要 の 変 化 に 応 じて 出 力 を 簡 単 夜 間 などの 電 力 需 要 の 少 ない 時 間 帯 に 下 部 貯 水 池 ( 下 池 ) に 調 整 することができるため 調 整 可 能 電 源 に 分 類 される から 上 部 貯 水 池 ( 上 池 )へ 水 を 汲 みあげておき(ここで 使 う 電 分 単 位 で 変 化 する 需 要 の 変 化 にも 対 応 し 周 波 数 を 一 定 に 保 っ 力 が 上 図 に 示 す 揚 水 動 力 である) 電 力 需 要 が 多 い 時 間 帯 に 上 池 ている 一 方 原 子 力 発 電 は 通 常 一 定 出 力 で 運 転 され 負 荷 から 下 池 へ 水 を 流 して 発 電 する 水 力 発 電 方 式 である 電 気 エネ 曲 線 の 底 の 部 分 の 電 力 ( 基 底 負 荷 :ベースロード)の 供 給 を 行 ルギーを 水 の 位 置 エネルギーで 蓄 える 電 池 とみなすことができ っている る 発 電 量 は 上 池 の 水 量 で 決 まり 全 出 力 運 転 すると 6~10 時 これらの 発 電 所 が 中 央 給 電 指 令 所 の 指 令 に 従 って 出 力 を 変 化 間 程 度 で 空 になるものが 多 い 水 を 汲 みあげ 再 び 発 電 する 間 の させるのに 対 して 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 の 出 力 は 日 射 量 や 風 総 合 効 率 は 約 70%である 速 によって 変 化 し 我 々が 簡 単 に 調 整 できない このため こ 発 電 時 及 び 揚 水 時 とも 制 御 性 に 優 れており 再 生 可 能 エネル れらの 発 電 を 大 量 に 導 入 するには 蓄 電 池 などによって 一 旦 変 ギーによる 発 電 の 増 加 に 伴 い 影 響 を 緩 和 する 装 置 としての 役 動 を 吸 収 してから 電 力 系 統 につなぐなどの 対 策 が 必 要 になる 割 も 期 待 されている 1
消 費 ( 需 要 )と 生 産 ( 発 電 )が 一 致 していると 周 波 数 は 変 わらない 消 費 量 が 増 減 すると 周 波 数 が 変 化 するので 周 波 数 を 元 に 戻 すように 発 電 量 が 調 整 される この 役 割 は 主 に 貯 水 池 式 揚 水 式 の 水 力 発 電 や 一 部 の 火 力 発 電 が 担 当 している 消 費 増 周 波 数 低 下 消 費 減 周 波 数 上 昇 2. 今 後 の 電 力 系 統 現 在 今 後 の 電 気 を 届 ける 仕 組 みに 関 する 制 度 改 革 の 検 討 が 進 められており 一 部 は 既 に 始 まっている < 固 定 価 格 買 い 取 り 制 度 > 平 成 24 年 7 月 再 生 可 能 エネルギーで 発 電 された 電 気 を 市 場 価 格 より 高 い 価 格 で 一 定 期 間 電 気 事 業 者 が 買 い 取 る 制 度 が 始 まった これによって 再 生 可 能 エネルギーの 導 入 が 進 むことが 期 待 されている 但 し 市 場 との 価 格 差 は 電 気 料 金 に 上 乗 せされる < 小 売 りの 全 面 自 由 化 と 発 送 電 分 離 > 電 力 の 購 入 先 を 自 由 に 選 べるのはこれまで 大 口 の 需 要 家 だけであったが 2016 年 には 一 般 家 庭 も 含 めて 全 面 的 に 自 由 化 される また 一 般 商 品 の 流 通 部 門 に 当 たる 送 電 網 ネ ットワークを 現 在 の 電 力 会 社 から 分 離 する 発 送 電 分 離 も 2018~20 年 頃 までには 実 施 される 予 定 だ 発 電 増 周 波 数 上 昇 周 波 数 復 帰 発 電 減 周 波 数 低 下 消 費 ( 需 要 )と 生 産 ( 発 電 )のバランスと 周 波 数 の 関 係 電 圧 や 周 波 数 が 変 動 すると 生 活 にどのよ うな 影 響 があるか 調 べてみよう 自 由 な 発 想 で 自 分 たちのスマートハウス ス マートグリッドを 描 いてみよう <スマートグリッド> 再 生 可 能 エネルギーの 導 入 を 進 めながら 電 力 を 安 定 して 届 けるため 送 配 電 設 備 の 増 強 や 次 世 代 型 の 電 力 系 統 (スマートグリッド)の 構 築 に 向 けた 検 討 も 進 められている < 電 気 予 報 > 電 力 需 要 は 様 々な 要 因 で 変 動 するが 季 節 曜 日 気 温 さ らにイベントの 有 無 などによって 一 定 のパターンがあり それ らの 実 績 を 元 に 予 測 されている 一 方 発 電 能 力 も 河 川 の 流 量 の 変 化 による 水 力 発 電 の 出 力 変 動 気 温 変 化 に 伴 うコンバイ ンドサイクル 火 力 設 備 の 出 力 変 動 (ガスタービン 発 電 機 の 出 力 が 空 気 圧 縮 機 に 流 入 する 空 気 の 密 度 変 化 で 変 動 ) 補 修 による 火 力 発 電 所 の 停 止 などによって 日 々 変 化 する 電 気 予 報 はこれら 需 要 と 供 給 の 両 方 の 条 件 を 考 慮 して 作 成 さ れる しかし 実 際 の 需 要 は 気 温 のずれなど 様 々な 要 因 で 予 測 通 りとはならない また 近 年 はさらに 人 々の 節 電 効 果 をどこ まで 見 込 むか 実 際 にどこまで 節 電 行 動 が 行 われるかも 予 報 の 精 度 に 影 響 する まとめ 需 要 と 発 電 のバランスのとり 方 につい て 最 初 の 予 想 と 実 際 の 方 法 を 比 較 し 気 付 いたこと 印 象 に 残 ったことを 振 り 返 ろう 今 後 の 電 力 系 統 について 電 気 を 届 ける ために 大 事 なポイントを 自 分 の 視 点 で 出 所 : 次 世 代 エネルギーシステムに 係 る 国 際 標 準 化 に 関 する まとめよう 研 究 会 報 告 書 ( 平 成 22 年 1 月 )から スマートグリッドの 概 念 2 <スマートハウスとスマートグリッド> 将 来 の 家 庭 では 省 エネ 家 電 だけでなく 太 陽 光 発 電 や 蓄 電 池 さらに 電 気 自 動 車 などの 導 入 が 進 むと 考 えられている これら を ICT( 情 報 技 術 )を 使 って 組 み 合 わせ エネルギーを 効 率 的 に 利 用 するのがスマートハウス( 賢 い 住 宅 )である スマート( 賢 い)グリッド( 電 力 網 電 力 系 統 )は スマー トハウスの 考 え 方 を 電 力 系 統 全 体 にまで 拡 張 したものと 考 えて よいだろう 最 新 の ICT 技 術 を 活 用 して 再 生 可 能 エネルギー 等 の 分 散 型 電 源 の 大 規 模 導 入 を 進 めながら 高 効 率 高 品 質 高 信 頼 度 の 電 力 供 給 システムの 実 現 を 目 指 すものとされる 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 の 増 加 に 合 わせて 負 荷 変 動 を 吸 収 できる 蓄 電 池 や 送 電 線 の 強 化 などのハード 対 策 を 同 時 に 進 める 必 要 が あるのは スマートハウと 同 様 である
主 題 2 電 気 を 届 ける 仕 組 み(コンセントの 向 こう(2)) の 学 習 展 開 授 業 のねらい: 様 々な 形 態 のエネルギーを 電 気 エネルギーに 変 換 ( 発 電 )する 仕 組 み それを 需 要 側 に 届 ける 電 力 輸 送 の 仕 組 みを 学 ぶ 火 力 発 電 や 原 子 力 発 電 などでは 元 のエネルギーを 発 電 機 の 回 転 エネルギーに 変 え 電 磁 誘 導 によって 電 気 エネルギーに 変 えていること 並 びに 電 気 を 届 けるため 様 々な 電 源 を 組 み 合 わせ 周 波 数 を 一 定 に 保 ちながら 電 力 消 費 の 増 減 に 対 応 していること 更 に 再 生 可 能 エネルギーによる 電 気 の 大 量 導 入 に 向 けた 対 応 など 新 たな 取 り 組 みが 始 まっていることを 簡 潔 に 説 明 できる 所 要 時 間 :2 時 間 (1と2あわせて) 学 習 の 展 開 (2) 学 習 項 目 < 問 いかけ> 電 気 は 生 産 と 消 費 が 同 時 に 行 われ 消 費 量 にあわせて 同 量 の 電 気 エネルギー が 瞬 時 に 生 産 されている ところで 電 力 会 社 はどのようにして 消 費 量 の 増 減 を 把 握 しているだろう? 1. 電 力 を 安 定 して 届 ける 仕 組 み 電 力 のミックス 予 備 力 学 習 のポイント 家 庭 でのスイッチの ON-OFF がどのように 把 握 されているかを 予 想 させる 選 択 肢 を 示 したワ ークシートを 使 用 してもよい 一 日 の 電 力 消 費 の 時 間 ごとの 大 まかな 推 移 を 知 り エネルギー 源 や 特 性 の 異 なる 様 々な 電 源 を 多 数 組 み 合 わせて 電 力 消 費 の 増 減 に 対 応 してい ることを 押 さえる 家 庭 の 電 力 消 費 と 日 本 全 体 での 電 力 消 費 のパタ ーンは 異 なること 高 温 多 湿 の 日 本 では 全 体 の ピークは 真 夏 の 昼 下 がりであることに 気 付 か せる - 自 分 たちの 生 活 パターンの 連 想 から 日 本 全 体 でも 夕 方 の 団 らん 時 などに 電 力 需 要 のピ ークがあると 思 っている 生 徒 がいる 社 会 の 電 力 の 使 い 方 の 実 態 に 眼 を 向 けさせたい - 生 徒 の 認 識 を 確 実 に 押 さえるには 電 力 の 日 負 荷 曲 線 を 描 かせるワークシートを 使 用 す るとよい 使 用 量 の 変 化 にあわせて エネルギー 源 や 制 御 特 性 の 異 なる 様 々な 電 源 の 電 気 をミックスし ぴったりと 同 じ 量 が 発 電 されていることを 伝 える -エネルギー 源 及 び 発 電 方 法 に 応 じて 発 電 所 には 役 割 分 担 があることに 気 付 かせる - 需 要 と 発 電 を 合 わせる 仕 組 みは WS1 の 後 半 の 実 験 で 確 かめられる -コンセントの 電 気 は 実 質 的 に 貯 められない それを 実 感 するには 家 庭 で 使 う 電 気 を 乾 電 池 で 賄 なえるか 計 算 してみるとよい 電 気 は 貯 められないため 最 大 需 要 に 対 する 余 裕 分 として 予 備 力 ( 万 一 に 備 える 余 り)が 必 要 なことを 押 さえる WS:ワークシート 教 師 用 資 料 WS との 関 連 等 WS1 スイッチ ON がどうして わかる 教 師 用 Q1-Q5 WS2 電 力 の 日 負 荷 曲 線 WS1 スイッチ ON がどうして わかる WS3 家 庭 の 電 気 を 乾 電 池 でまかな おう 1
学 習 項 目 学 習 のポイント 電 力 の 品 質 電 圧 や 周 波 数 だけでなく 空 気 のように 思 える こと 自 体 が 電 力 品 質 の 一 つであることに 気 付 かせる 消 費 ( 需 要 )と 生 産 ( 発 電 )のバランスと 周 波 数 の 関 係 が 問 いかけ に 対 する 答 えである 2. 今 後 の 電 力 系 統 現 在 電 気 を 届 ける 仕 組 みに 関 する 制 度 改 革 が 進 められている 自 らの 生 活 や 将 来 の 日 本 社 会 に 関 わる 課 題 として 今 後 も 関 心 を 持 ち 続 けること が 必 要 であることを 伝 える 固 定 価 格 買 い 取 り 制 度 制 度 が 導 入 され 再 生 可 能 エネルギー 電 気 の 急 速 な 導 入 が 進 められていることを 伝 える 一 方 で 大 量 導 入 に 伴 い 電 気 料 金 の 高 騰 電 力 品 質 対 策 などの 課 題 があることについても 気 付 かせる 小 売 りの 全 面 自 由 化 と 発 送 電 分 離 電 力 制 度 改 革 の 一 環 として 進 められていること を 伝 える 内 容 について 深 入 りする 必 要 はない が 関 心 を 持 ち 続 けていくことが 大 切 であるこ とを 伝 える スマートグリッド 再 生 可 能 エネルギーの 導 入 や 家 庭 の 省 エネ 推 進 に 向 けた 総 合 的 な 対 策 としてスマートグリッ ドの 検 討 が 進 められている 但 し 具 体 化 はこ れからであり これで 全 てが 解 決 するとの 誤 解 を 与 えないように 注 意 する また < 質 問 例 1> 電 圧 や 周 波 数 が 変 動 すると 生 活 にどのような 影 響 があるか 考 えてみよう - 電 圧 に 関 しては 電 池 の 電 圧 で 考 えさせると よい 周 波 数 に 関 しては Q7 参 照 < 質 問 例 2> 自 由 な 発 想 で 自 分 たちのスマートハウス スマ ートグリッドを 描 いてみよう - 全 体 を 考 察 することは 困 難 なので 電 気 を 含 めたエネルギーをスマートに 使 うために わ が 家 にあったらいいなと 思 う 装 置 や 仕 組 み できたらいいなと 思 う 今 までと 違 う 暮 らし 方 を 考 えさせる <まとめ> 需 要 と 発 電 のバランスのとり 方 につい て 最 初 の 予 想 と 実 際 の 方 法 を 比 較 し 気 付 いたこと 印 象 に 残 ったこと を 振 り 返 ろう 今 後 の 電 力 系 統 について 電 気 を 届 け るために 大 事 なポイントを 自 分 の 視 点 でまとめよう 学 習 結 果 を 予 想 と 比 較 させ 消 費 量 と 発 電 量 の バランスのもとに 電 気 エネルギーが 届 けられ ることを 再 確 認 する 電 気 の 品 質 について 振 り 返 る 教 師 用 資 料 WS との 関 連 等 教 師 用 Q6 Q8 周 波 数 変 動 の 影 響 に 触 れる 場 合 は Q7 教 師 用 Q9-Q11 教 師 用 Q13-Q14 教 師 用 Q12 教 師 用 Q7 WS4 スマートグ リッドでわが 家 は どう 変 わる 2
ワークシート1:スイッチ ON がどうしてわかる ち 質 問 :コンセントの 電 気 は 使 う 量 とつくる 量 がぴったり 一 致 している つくる 所 ( 発 電 所 )で は どのようにして テレビのスイッチを 入 れた ことを 知 り つくる 量 を 増 やしている たくし のだろう 答 えを 下 の 選 択 肢 の 中 から 選 び 番 号 と 選 んだ 理 由 を 次 の 表 に 記 入 しよう 答 え 理 由 たくし < 回 答 選 択 肢 > 1 各 家 庭 や 会 社 の 電 力 量 計 からの 信 号 を 受 けて 調 整 する 2 長 年 の 経 験 で どのタイミングで 調 整 すればよいかわかる 3 周 波 数 に 合 わせて 調 整 する たくわ 4 余 ると 勝 手 に 電 池 に 蓄 えたり 地 面 に 捨 てたりする 足 りない 時 は 逆 に 電 池 から 勝 手 に 補 給 される らん 5 その 他 ( 自 分 の 考 えを 理 由 欄 に 記 入 のこと) 1 電 力 量 計 発 電 所 (1)のワークシート 2 の 蒸 気 による 発 電 実 験 を 体 験 している 場 合 は 送 電 スイッチを 入 り 切 り えいきょう した 場 合 の 影 響 を 思 い 出 そう 2 曜 日 天 気 予 報 発 電 所 電 圧 計 V f 周 波 数 計 3 景 気 イベントなど 発 電 所 4 発 電 所 電 池 アース
解 説 質 問 :コンセントの 電 気 は 使 う 量 とつくる 量 がぴったり 一 致 している つくる 所 ( 発 電 所 )で は どのようにして テレビのスイッチを 入 れた ことを 知 り つくる 量 を 増 やしている のだろう 答 えを 下 の 選 択 肢 の 中 から 選 び 番 号 と 選 んだ 理 由 を 次 の 表 に 記 入 しよう 答 え 理 由 スイッチを 入 れたことは 周 波 数 の 変 化 でわかる 1 件 の 家 のスイッチが 入 ったく 3 らいでは 周 波 数 の 変 化 はほとんどないが それらが 積 み 重 なることによって 顕 著 な 変 化 となり 周 波 数 を 元 に 戻 すように 発 電 所 の 出 力 が 調 整 される 回 答 選 択 肢 1 各 家 庭 や 会 社 の 電 力 量 計 からの 信 号 を 受 けて 調 整 する これは 今 後 の 導 入 が 検 討 されているスマートメータのイメージだ スマートメータによって 電 力 の 使 用 状 況 を 把 握 管 理 できるだけでなく 発 電 能 力 が 足 りない 時 は 送 電 を 遮 断 すること もできる スマートメータは 広 い 意 味 では 需 給 調 整 に 貢 献 できるが スイッチを 入 れた 時 の ようなリアルタイムのバランスは 周 波 数 でないと 確 認 できない 2 長 年 の 経 験 で どのタイミングで 調 整 すればよいかわかる これまでの 使 用 実 績 をもとに 地 域 全 体 の 需 要 予 測 がなされ 必 要 な 発 電 能 力 が 確 保 される これまでの 経 験 が 予 測 に 生 かされているので 広 い 意 味 では 正 解 だが スイッチを 入 れた 時 のよ うなリアルタイムのバランスは 周 波 数 でないと 確 認 できない 3 周 波 数 に 合 わせて 調 整 する リアルタイムの 需 給 バランスの 調 整 は 周 波 数 を 常 に 基 準 の 幅 以 内 に 維 持 するように 消 費 量 の 変 化 に 応 じて 発 電 量 を 調 整 することで 達 成 される なお 電 圧 と 需 給 バランスとの 間 に 直 接 的 な 関 係 はない 4 余 ると 勝 手 に 電 池 に 蓄 えたり 地 面 に 捨 てたりする 足 りない 時 は 逆 に 電 池 から 勝 手 に 補 給 され る 発 電 能 力 に 余 裕 ができた 時 に 蓄 えておくのは 需 給 調 整 のために 揚 水 発 電 (の 揚 水 機 能 )や 蓄 電 池 に 期 待 される 役 割 であり 広 い 意 味 で 正 解 としてもよい 近 年 の 揚 水 発 電 には 水 を 落 して 発 電 する 時 だけでなく ポンプとして 水 を 揚 げるときにも 周 波 数 の 調 整 機 能 をもたせたもの( 周 波 数 の 変 動 を 抑 制 するように 揚 水 流 量 すなわち 電 力 消 費 を 変 化 させる)が 採 用 されている この 負 荷 側 で 周 波 数 を 調 整 する 発 想 は 電 気 温 水 器 のように 加 熱 量 (すなわち 電 力 消 費 )を 少 し 変 動 させても 総 合 的 な 性 能 に 影 響 しない 機 器 にも 適 用 することができ 検 討 が 始 まっている また 発 電 した 電 気 を 捨 てるわけではないが 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 が 大 量 に 導 入 されると 捨 てる 事 態 が 生 じる 可 能 性 がある 急 な 日 射 や 風 量 によって 一 時 的 に 発 電 能 力 が 過 剰 に 増 える と 電 力 系 統 の 安 定 化 のため 太 陽 光 や 風 力 による 電 力 を 系 統 に 受 け 入 れない 措 置 ( 接 続 拒 否 など)が 必 要 となることがあり 得 る したがって 捨 てるも 広 い 意 味 ではいずれ 正 解 となるか もしれない 5 その 他 ( 自 分 の 考 えを 理 由 欄 に 記 入 のこと) 生 徒 の 自 由 な 発 想 を 期 待 したい
スイッチ ON で 周 波 数 がどうなるか 確 かめてみよう 1. 主 題 2-(1)の ワークシート2: 蒸 気 による 発 電 実 験 を 思 い 返 してみよう 送 電 スイッチを 入 り 切 り すると 羽 根 車 ( 発 電 機 ) の 回 転 数 はどうなったか( 風 切 音 は 高 音 になった? それと も 低 音 になった?) 蒸 気 による 発 電 実 験 装 置 2. 周 波 数 変 化 を 調 べてみよう 交 流 手 回 し 発 電 機 周 波 数 を 測 れるテスター 負 荷 ( 電 球 など)で 電 気 を 届 ける 仕 組 みを 模 擬 し 負 荷 を 増 減 した 時 の 周 波 数 変 化 や 手 回 し 発 電 機 の 手 応 えを 確 かめてみよう ぎ < 電 気 を 届 ける 仕 組 みを 模 擬 した 回 路 図 > 交 流 手 回 し 発 電 機 周 波 数 テスター スイッチ1 スイッチ2 スイッチ3 スイッチ4 スイッチ5 電 球 1 電 球 2 電 球 3 電 球 4 電 球 5 実 験 手 順 じょじょ 1.スイッチ1を 入 り にして 交 流 手 回 し 発 電 機 を 回 し 始 める 徐 々 に 回 転 数 を 上 げ 電 球 1の 明 るさが 適 当 なところで 周 波 数 を 読 み 取 り(なるべくきりのいい 値 とする) 以 後 その 後 の 実 験 中 もこの 周 波 数 を 保 つように 力 を 加 減 しながら 手 回 し 発 電 機 を 回 す 2.それぞれのスイッチを 入 り にしたり 切 り にしたりして その 時 の 周 波 数 の 動 きや 力 の 加 減 を 次 の 表 に 記 入 する 一 定 に 保 つ 周 波 数 入 り スイッチ 切 り 実 験 中 一 定 に 保 つ 周 波 数 を 記 入 周 波 数 の 動 き 力 の 加 減 結 論 らん 空 欄 に 言 葉 を 記 入 しよう スイッチを 入 れると 周 波 数 が もど 発 電 所 は 周 波 数 を 戻 すために ( 負 荷 が 増 えると) 下 がり 発 電 量 を 増 やす
< 実 験 例 > 周 波 数 テスター 豆 電 球 5 個 の 並 列 回 路 (6.3V 仕 様 ) 各 豆 電 球 のスイッチ 交 流 手 回 し 発 電 機 周 波 数 :0-400Hz 程 度 電 圧 : 最 大 約 15V 実 験 状 況 豆 電 球 1 個 豆 電 球 2 個 豆 電 球 3 個 豆 電 球 4 個 豆 電 球 5 個 一 定 に 保 つ 周 波 数 300Hz 周 波 数 の 動 き 力 の 加 減 力 を 加 えて 周 波 数 を 入 り 下 がる もど 元 の 値 に 戻 した スイッチ 力 を 減 らして 周 波 数 を 切 り 上 がる もど 元 の 値 に 戻 した 負 荷 を 減 らす(スイッチを 切 る) 方 向 の 方 が 分 かりやすい 感 じがした 手 応 えだけで 確 認 するのであれば 直 流 の 手 回 し 発 電 機 で 行 ってもよいが 回 転 数 の 変 化 を 定 量 的 に 確 認 ( 直 流 の 場 合 は 周 波 数 の 代 用 として 回 転 数 を 観 察 することにな る)させたいのであれば 交 流 の 手 回 し 発 電 機 の 方 がテスターで 簡 単 に 測 定 できる
ワークシート2: 電 力 の 日 負 荷 曲 線 10 夏 の1 日 の 電 気 消 費 量 の 変 化 をえがいてみよう ( 条 件 : 夏 の 暑 い 日 平 日 地 域 の 電 力 会 社 における 全 電 力 消 費 量 最 大 値 を 10 とする) 9 8 7 6 5 4 3 例 1 例 2 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 午 前 午 後 時 刻
ワークシート2: 電 力 の 日 負 荷 曲 線 夏 の1 日 の 電 気 消 費 量 の 変 化 をえがいてみよう ( 条 件 : 夏 の 暑 い 日 平 日 地 域 の 電 力 会 社 における 全 電 力 消 費 量 最 大 値 を 10 とする) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 午 前 午 後 時 刻
かん ワークシート3: 家 庭 の 電 気 を 乾 電 池 でまかなおう けん かん 1 軒 の 家 庭 が 使 う 電 気 を 単 3 形 乾 電 池 でまかなうには 1 日 にどれくらいのアルカリ 電 池 がいるか 計 算 してみよう 次 の 図 は 1 世 帯 当 たりの 電 力 消 費 量 が 毎 年 どのように 変 化 してきたかを 示 したものだ けん 1 軒 の 家 庭 (1 世 帯 )が1ヶ 月 に 使 う 電 力 消 費 量 は 近 年 は 約 300kWh である したが って 1ヶ 月 を 30 日 間 として けん 1 軒 の 家 庭 が1 日 に 使 う 電 力 消 費 量 = a 10 kwh/ 日 = 10,000 Wh/ 日 k は 1000 倍 を 意 味 する 補 助 単 位 電 池 の 容 量 ( 取 り 出 せる 能 力 )は mah で 表 される ma は ミリアンペア を h は 時 間 を 意 味 する 例 えば 電 池 に 400mA が 流 れる 電 気 製 品 をつないで 5 時 間 ずっと か 使 い 続 けられたら この 電 池 の 容 量 は 両 者 を 掛 けあわせて 2000mAh となる 実 は ア はん ルカリ 電 池 の 能 力 は 使 い 方 によって 変 化 する このため 市 販 アルカリ 電 池 には 容 量 が 示 かん されていないが 一 般 的 には 単 3 形 乾 電 池 で 2,000 ~ 2,700 mah と 言 われる アルカリ 電 池 の 電 圧 は 1.5V なので これをかけて 電 力 量 にすると 1.5V 2,000mAh=3000mWh=3Wh 電 圧 (V)と 電 流 (A)の 積 が 電 力 (W) m は 1/1000 倍 を 意 味 する 補 助 単 位 かん かん 2700mAh も 同 じように 変 換 して 1 個 の 単 3 形 乾 電 池 の 容 量 は 3 ~ 4Wh となる かん bの 値 を 乾 電 池 容 量 で 割 ると 3333 ~ 2500 個 / 日 かん 丸 めて 少 なくとも 毎 日 3000 個 の 乾 電 池 がいる かん 乾 電 池 1 個 100 円 として 毎 日 買 えるだろうか 補 足 ある 電 気 自 動 車 の 電 池 容 量 は 24kWh だそうだ 満 充 電 であれば 標 準 家 庭 2.4 日 分 の 電 力 がまかなえることになる 維 持 費 を 別 に かん して 乾 電 池 で 10 日 間 以 上 しのぐなら この 方 が 良 さそうだ い b wikipedia から
ワークシート4:スマートグリッドでわが 家 はどう 変 わる 次 の 図 はスマートグリッドのイメージを 示 したものだ その 時 あなたの 家 はどのよう に 変 わっているだろう 電 気 などのエネルギーをスマートに 使 うために わが 家 に 取 り 入 ちが れたい 装 置 や 仕 組 み 今 までと 違 う 暮 らし 方 を 考 えてみよう スマート メーター 出 所 : 次 世 代 エネルギーシステムに 係 る 国 際 標 準 化 に 関 する 研 究 会 報 告 書 ( 平 成 22 年 1 月 ) および 次 世 代 エネルギー 社 会 システム 協 議 会 中 間 とりまとめ 案 ( 平 成 22 年 1 月 )から ちが <わが 家 に 取 り 入 れたい 装 置 や 仕 組 み 今 までと 違 う 暮 らし 方 > ( 上 図 の 家 庭 部 分 に 追 記 してもよい) < 説 明 >
Q1 一 日 の 電 気 の 使 い 方 はどう なっている? 夏 の 最 大 ピーク 時 の 需 要 曲 線 冬 はどうなのかな 夏 がひとこぶラクダなのに 対 し 冬 はふたこぶらくだ( 最 大 値 は 夏 より 小 さい) 家 庭 での 使 い 方 ( 夜 間 に 増 える)と 社 会 や 産 業 界 での 使 い 方 ( 多 く の 人 が 働 いている 時 間 に 増 える)は 異 なっている 冷 房 需 要 ( 冷 房 機 器 は 電 気 がほとんど)で 昼 間 の 使 用 量 が 急 増 出 典 : 経 済 産 業 省 資 料 等 から 作 成 朝 夕 の 日 照 時 間 の 短 縮 照 明 需 要 ( 照 明 機 器 は 電 気 がほとんど) 気 温 の 低 下 暖 房 需 要 ( 但 し 暖 房 のエネルギー 源 は 多 様 ) 出 典 : 経 済 産 業 省 資 料 等 から 作 成 Q2 使 用 量 の 変 化 に 対 してどのよ うに 発 電 しているのだろう? 需 要 に 合 わせて 様 々な 発 電 所 の 電 気 をミックスしている ( 注 ) 風 力 発 電 や 太 陽 光 発 電 はまだ 少 ない いつも 発 電 能 力 が 需 要 より 多 いということは 余 った 分 をどこかに 捨 てているということ そんなもったいないことはしない 一 部 の 発 電 機 ( 水 力 や 火 力 )は その 発 電 機 の 最 大 出 力 より 低 いところで 運 転 しており 需 要 の 変 化 に 合 わせて 常 に 出 力 を 調 整 している 予 備 力 = 最 大 発 電 能 力 2 - 最 大 需 要 1 出 典 : 経 済 産 業 省 資 料 等 から 作 成 電 気 は 貯 めらないので 消 費 と 同 じ 量 を 同 時 に 発 電 しなければならない 不 足 しないように 発 電 能 力 は 常 に 需 要 より 多 く 確 保 する なお 電 気 予 報 では 次 の 式 で 求 めた 予 備 率 を 使 う 予 備 力 予 備 率 (%)= 100 最 大 需 要 ( 注 ) 1. 予 備 率 は 需 要 予 測 とのずれ(3% 程 度 ) 発 電 機 の 計 画 外 停 止 等 (5% 程 度 )を 考 慮 して 8~10% 以 上 が 適 切 なレベルと 考 えられている 2. 予 備 率 の 分 母 である 最 大 需 要 は 大 きさ 及 び 発 生 時 刻 が 地 域 によって 異 なる したがっ て 複 数 の 電 力 会 社 を 含 む 地 域 全 体 の 予 備 率 を 検 討 する 場 合 は 注 意 を 要 する Q3 電 気 予 報 はどのように 予 想? 最 大 需 要 を 予 測 する 季 節 曜 日 を 元 に 過 去 の 使 用 実 績 を 調 べ る 天 候 気 温 の 予 報 をもとに 増 減 を 予 想 ( 気 温 が 上 がると 冷 房 需 要 が 増 加 )する 景 気 動 向 地 域 のイベントも 考 慮 ( 夏 の 高 校 野 球 ではテレビ 視 聴 が 増 加 )する 最 近 では 節 電 効 果 の 予 測 も 重 要 な 要 因 適 切 な 最 大 発 電 能 力 を 確 保 川 の 流 量 を 予 測 し 流 れ 込 み 式 水 力 の 発 電 量 を 予 測 揚 水 発 電 所 の 水 量 を 確 保 火 力 原 子 力 発 電 所 の 保 守 時 期 等 を 調 整 し 必 要 な 発 電 量 を 確 保 どれくらい 当 たるの 様 々な 要 因 の 結 果 であり ぴったりと 一 致 させる ことは 難 しい 需 要 のずれ 天 気 予 報 と 実 際 の 気 温 の 差 による 需 要 のずれ 気 温 1 の 差 で 増 減 する 電 力 需 要 量 を 気 温 感 応 度 と 呼 ぶ 東 京 電 力 では 約 170 万 kw/ と 言 われる 出 所 : 電 気 事 業 連 合 会 ウェブサイトから 人 々の 節 電 意 識 の 変 化 関 西 電 力 の 気 温 感 応 度 は2010 年 度 で 約 110 万 kw/ だったが 2012 年 度 は 約 90 万 kw/ だった 出 所 :2013 年 3 月 6 日 電 気 新 聞 から 供 給 のずれ 天 候 によって 川 の 水 量 が 変 化 する 気 温 はコンバインドサイクル 火 力 な どの 発 電 に 影 響 する コンバインドサイ クルの 火 力 発 電 発 電 所 などの 計 画 外 の 補 修 停 止 気 温 が 上 昇 すると ガスタービン 側 ((1)Q9 参 照 )も 蒸 気 タービン 側 ( ((1)Q8 参 照 ) )も 出 力 が 減 る 1
Q4 電 池 やコンデンサを 使 えば 電 気 を 貯 められるのでは? 電 池 やコンデンサの 蓄 電 能 力 はまだとても 小 さい 揚 水 発 電 は 比 較 的 多 くの 電 気 を 水 の 落 差 として 貯 められ るが 設 置 できるところが 限 られている 電 池 に 対 する 期 待 は 大 きい しかし 揚 水 発 電 と 比 べても 高 価 で まだまだ 技 術 開 発 が 必 要 だ ( 注 ) 専 門 的 になるが 電 力 系 統 には 多 くのコ ンデンサが 設 置 されている しかし これ は 調 相 用 であって 蓄 電 用 ではない ナトリウム(Na)と 硫 黄 (S)を 使 った 高 温 作 動 型 の 電 池 大 規 模 化 が 可 能 で 高 速 応 答 性 に 優 れ 自 己 放 電 が ない 充 放 電 効 率 が 高 いなどの 特 性 がある 出 所 : 第 28 回 基 本 問 題 委 員 会 での 経 済 産 業 省 試 料 から 作 成 揚 水 発 電 の 仕 組 みは 夜 の 余 った 電 気 で 水 をくみ 上 げ 昼 のピーク 時 に 発 電 水 力 発 電 であり 機 動 性 に 富 む 電 気 で 水 をくみ 上 げ 再 び 発 電 する 間 の 効 率 は 約 70% ( 約 30%の 電 気 が 蓄 電 放 電 で 失 われる 一 種 の 電 池 ) 発 電 量 は 上 池 の 水 量 で 決 まり 全 出 力 運 転 すると 6~ 10 時 間 程 度 で 空 になるものが 多 い Q5 どうしていろんな 発 電 方 法 の 電 気 を 組 み 合 わせる? 制 御 性 ( 需 要 変 動 に 素 早 く 応 答 して 出 力 を 変 化 できる 発 電 方 式 ( 水 力 や 火 力 )を 絶 えず 組 み 合 わせる) 経 済 性 環 境 性 ( 低 コスト 低 環 境 影 響 のものを 可 能 な 限 り 優 先 ) 安 定 供 給 (エネルギー 源 を 多 様 化 しリスクを 低 減 ) 発 電 方 法 ごとの 特 徴 は 発 電 方 法 ごとの 制 御 性 発 電 方 法 出 力 の 制 御 特 性 原 子 力 発 電 緩 やかに 調 整 可 能 通 常 は 一 定 運 転 火 力 発 電 燃 焼 量 を 調 整 し 速 やかに 調 整 可 能 水 力 発 電 水 量 を 調 整 し 急 速 に 調 整 可 能 風 力 発 電 風 の 強 さに 従 う 太 陽 光 発 電 光 の 強 さに 従 う 貯 水 池 式 調 整 池 式 及 び 揚 水 式 水 力 の 場 合 流 れ 込 み 式 水 力 は 河 川 からの 水 量 に 依 存 する 円 /kwh 各 電 源 の 発 電 コスト 12.1 26.4 25.1 8.6 23.1 9.9 20.0 19.1 22.0 8.8 17.3 8.9~ 10.3 10.9 9.2 11.6 10.6 出 力 変 動 が 容 易 なことから 調 整 可 能 (dispatchable) 電 源 と 呼 ばれる エネルギー 源 を 自 然 エネル ギーに 依 存 しているので 出 力 が 利 用 者 の 意 図 に 関 係 な く 天 候 によって 変 動 する 基 底 負 荷 (ベースロード) 70% 80% 80% 50% 20% 30% 80% 12% 12% 45% 60% ( 想 定 設 備 利 用 率 ) 2030 年 時 点 の 発 電 コスト( 上 下 限 ) 出 所 :コスト 等 検 証 委 員 会 報 告 書 から 作 成 ベースロード ミドル ピーク 電 源 などの 用 語 が あったのでは 平 成 26 年 改 訂 のエネ ルギー 基 本 計 画 の 最 後 に 今 後 の 電 源 ベス トミックスに 関 する 考 え 方 が 右 図 のように 示 されている そこに 電 力 需 要 のど こを 分 担 するかに 応 じ て おおまかに 電 源 の 性 格 が これらの 用 語 ( 次 のスライド)で 説 明 されている 電 源 構 成 の 考 え 方 あらゆる 面 ( 安 定 供 給 コスト 環 境 負 荷 安 全 性 )で 優 れたエネル ギー 源 はない 電 源 構 成 については エネルギー 源 ごとの 特 性 を 踏 まえ 現 実 的 かつバランスの 取 れた 需 給 構 造 を 構 築 する そのためのべストミックスの 目 標 をできる 限 り 早 く 決 定 する 電 源 の 性 格 ベースロード 電 源 : 発 電 コストが 低 廉 で 昼 夜 を 問 わず 安 定 的 に 稼 働 できる 電 源 ミドル 電 源 : 発 電 コストがベースロード 電 源 に 次 いで 安 く 電 力 需 要 の 変 動 に 応 じた 出 力 変 動 が 可 能 な 電 源 ピーク 電 源 : 発 電 コストは 高 いが 電 力 需 要 の 変 動 に 応 じ た 出 力 変 動 が 容 易 な 電 源 2
Q6 どうして 消 費 量 に 対 してぴっ たり 合 わせて 発 電 できる? 需 要 ( 消 費 量 )を 予 想 し( 天 気 曜 日 イベント 等 に 対 する 過 去 実 績 から) 当 日 に 必 要 な 発 電 所 を 予 備 力 分 も 含 めて 確 保 当 日 の 一 瞬 一 瞬 のバランスは 周 波 数 がパラメーター 周 波 需 要 ( 消 費 量 ) 数 供 給 ( 発 電 量 ) 回 転 数 と 周 波 数 にはどんな 関 係 が 西 日 本 の 発 電 機 は 火 力 発 電 は3600 回 転 / 分 (60 回 転 / 秒 ) 原 子 力 発 電 は1800 回 転 / 分 (30 回 転 / 秒 ) 水 力 は 例 えば 黒 四 で360 回 転 / 分 (6 回 転 / 秒 ) 火 力 の 発 電 機 コイル 原 子 力 の 発 電 機 磁 石 (60 回 転 / 秒 ) 磁 石 (30 回 転 / 秒 ) 蒸 気 による 発 電 実 験 に おいて 負 荷 ( 消 費 量 ) を 入 り 切 りすると 回 転 数 がどうなったか 思 い 出 そう 水 力 の 発 電 機 磁 石 (6 回 転 / 秒 ) 回 転 数 が 火 力 の 半 分 でも 磁 石 2 組 分 が 回 り 周 波 数 は60Hz 回 転 数 が 火 力 の1/10なので 磁 石 10 組 分 (NとSが 合 計 20 個 ) が 回 り 周 波 数 は60Hz 磁 石 数 は 発 電 機 による Q7 周 波 数 がずれると 私 たちの 生 活 の 何 が 困 る? 最 近 の 家 庭 用 の 機 械 は 影 響 を 受 けないものが 多 い インバータ 式 1 のものは 周 波 数 変 動 の 影 響 を 受 けない 回 転 系 の 機 械 や 時 計 タイマーに 影 響 を 受 ける 物 がある 1 交 流 を 一 旦 直 流 にし 再 び 任 意 の 周 波 数 の 交 流 にしているので 元 の 交 流 の 周 波 数 は 影 響 しない 産 業 機 械 は 損 失 につながるものもある 2 ポンプ ファンであれば 流 量 変 動 糸 巻 などは 巻 ムラ 2 誘 導 電 動 機 を 利 用 している 機 械 は 周 波 数 の 変 動 で 回 転 数 が 変 わる 産 業 の 場 合 停 電 がもっと 怖 い( 一 瞬 でも 品 質 に 大 影 響 ) 結 果 的 に 停 電 しなくても 停 電 の 可 能 性 があると 不 良 品 の リスクが 高 まり 生 産 計 画 が 立 てられない ( 半 導 体 や 食 品 医 薬 品 等 の 製 造 など) 発 電 所 は 周 波 数 がずれると 何 が 困 る 周 波 数 が 上 がり 過 ぎると 原 子 力 火 力 発 電 所 のタービンの 羽 根 が 遠 心 力 で 損 傷 するおそれ 蒸 気 タービンの 羽 根 車 最 終 段 の 羽 根 が 一 番 長 く 最 も 危 険 周 波 数 が 下 がり 過 ぎると 原 子 力 火 力 発 電 所 のタービンの 羽 根 が 共 振 振 動 を 起 こす 周 波 数 ( 回 転 数 ) 出 所 : 関 電 高 浜 発 電 所 ウェブサイトから に 近 づき 振 動 で 損 傷 するおそれ ( 注 )タービンの 羽 根 のそれぞれに 共 振 回 転 数 があり 運 転 回 転 数 ( 周 波 数 ) 付 近 では 共 振 しないように 設 計 されているが 実 はその 上 下 に 多 くの 共 振 回 転 数 が 存 在 する タービン 起 動 時 共 振 領 域 は 速 やかに 通 過 するように 運 転 される 周 波 数 がある 幅 を 超 えて 上 がったり 下 がったりする と 保 護 装 置 が 働 き タービンの 運 転 が 停 止 される 一 つのタービンが 止 まると 別 のタービンの 停 止 が 続 き 大 停 電 につながる 恐 れがある Q8 いろんな 電 気 を 混 ぜ 合 わせて 問 題 はない? 発 電 機 G 電 気 の 通 り 道 を 電 気 回 路 で 表 すと 並 列 回 路 の 発 電 機 と 並 列 回 路 の 負 荷 が 接 続 されたものだ G G G 負 荷 様 々な 出 力 特 性 の 発 電 機 の 電 気 を 適 切 に 混 ぜ 合 わせるには つぎの 項 目 につい て 協 調 をとる 必 要 がある 電 圧 の 協 調 回 転 ( 周 波 数 )の 協 調 ( 同 期 と 呼 ぶ) 電 圧 波 形 の 協 調 ( 正 弦 波 ) ( 注 ) 下 の2 項 目 は 交 流 に 伴 う 条 件 電 気 に 品 質 があるの 当 然 ある 一 番 の 品 質 は 停 電 しないことだが 次 の3 項 目 が 代 表 的 項 目 である 停 電 の 頻 度 時 間 が 小 電 圧 が 基 準 値 内 (101±6V 以 内 202±20V) 周 波 数 が 基 準 値 内 ( 標 準 周 波 数 ±0.2Hz 以 内 ) 北 海 道 は±0.3Hz 以 内 我 が 国 の 品 質 は 国 際 的 に 高 い 水 準 に 維 持 されてきた 台 風 の 上 陸 が 多 かった これらを 適 正 な 範 囲 内 に 維 持 すること によって 電 気 の 品 質 を 確 保 しながら 安 定 的 に 送 電 することができる 2010 年 版 エネルギー 白 書 から 3
Q9 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 を 増 やす 制 度 とは? 平 成 24 年 7 月 から 始 まった 再 生 可 能 エネルギーの 固 定 価 格 買 取 制 度 のことだ 電 気 事 業 者 が 全 量 を 市 場 より 高 い 価 格 で 一 定 期 間 買 い 取 ることが 義 務 付 けられた 法 律 は 電 気 事 業 者 による 再 生 可 電 源 調 達 区 分 価 格 ( 円 /kwh) 期 間 太 陽 光 10kW 以 上 42 20 年 10kW 未 満 ( 余 剰 ) 42 10 年 風 力 20kW 以 上 23.1 20 年 20kW 未 満 57.75 地 熱 1.5 万 kw 以 上 27.3 15 年 1.5 万 kw 未 満 42 中 小 200kW 未 満 35.7 水 力 200kW 以 上 1000kW 未 満 30.45 20 年 1000kW 以 上 3000kW 未 満 25.2 注 1.バイオマスによる 電 気 も 対 象 2. 価 格 期 間 は 平 成 24 年 度 導 入 設 備 の 値 年 度 ごとに 見 直 される 能 エネルギー 電 気 の 調 達 に 関 する 特 別 措 置 法 ( 平 成 23 年 8 月 ) 調 達 価 格 の 英 語 の 呼 称 Feed in Tariff から FIT と 略 称 される 導 入 量 の 目 標 は 設 定 されていない 火 力 発 電 の 燃 料 費 との 差 額 相 当 額 が 電 気 料 金 に 賦 課 金 として 上 乗 せされる 金 額 は 導 入 量 に 応 じて 毎 年 見 直 される 家 で 支 払 う 電 気 料 金 より 高 く 買 い 取 るの 再 生 可 能 エネルギーの 電 気 はまだ 高 価 なので 市 場 原 理 に 任 せると 導 入 が 進 まない 皆 で 痛 みを 少 しずつ 負 担 して 設 備 の 設 置 を 後 押 しする 制 度 だ 資 源 エネルギー 庁 再 生 可 能 エ ネルギーの 固 定 価 格 買 い 取 制 度 ガイドブック 2013 年 版 から 家 庭 用 電 気 の 料 金 は 21~25 円 /kwh 程 度 買 取 価 格 : 一 度 決 めた 買 取 価 格 を 所 定 の 期 間 中 ( 太 陽 光 発 電 であれば20 年 ) ずっと 適 用 して 事 業 を 安 定 させる 賦 課 金 : 差 額 は 賦 課 金 として 毎 月 の 電 気 料 金 に 含 まれる 金 額 は 導 入 量 に 応 じ て 毎 年 見 直 される H25 年 度 :0.35 円 /kwh H26 年 度 :0.75 円 /kwh これで 太 陽 光 や 風 力 発 電 はドイツ スペインの ように 大 幅 に 増 える 買 取 価 格 が 割 高 で 簡 単 に 始 められる 太 陽 光 発 電 が 急 増 しているが 風 力 や 地 熱 などは まだ 増 えていない( 次 頁 スライド 参 照 ) 買 取 価 格 の 高 い 太 陽 光 発 電 に 偏 ると 同 じ 発 電 量 でも 賦 課 金 が 増 える 今 後 の 国 民 負 担 が 過 度 にならないように 適 切 なかじ 取 りが 必 要 だ ドイツ スペインの 状 況 欧 州 連 合 (EU)には20 20 20 2 と 呼 ばれる 政 策 目 標 がある ドイツ スペインのFITもこの 目 標 達 成 に 向 けたものだ 2 2020 年 までに 温 室 効 果 ガスを20% 削 減 (1990 年 比 )し 全 エネルギー 消 費 の20%を 再 生 エネルギーとする 両 国 とも 近 年 再 エネが 一 気 に 増 加 し 電 気 料 金 の 高 騰 安 価 な 中 国 台 湾 製 製 品 の 急 増 で 国 内 メーカーが 破 たんなどの 問 題 が 起 こり 買 取 価 格 の 引 き 下 げ 新 規 買 い 取 りの 凍 結 などを 余 儀 なくされている 再 エネの 割 合 (%) (エネルギー 消 費 全 体 / 電 力 消 費 ) 2006 年 2010 年 2020 年 ( 目 標 ) ドイツ 6.9/11.37 11.0/16.9 18/38.6 スペイン 9.0/17.58 13.8/33.06 20/40 出 力 ( 万 kw) 再 生 可 能 エネルギー 発 電 設 備 の 導 入 状 況 ( 平 成 25 年 度 末 時 点 ) H24.7からの 認 定 設 備 の 累 積 量 ( 約 96%が 太 陽 光 発 電 ) ( 注 ) 実 際 の 発 電 量 は 稼 働 率 による 地 熱 は 高 い 稼 働 率 が 期 待 できるが 太 陽 光 発 電 は12% 程 度 風 力 発 電 は20% 程 度 にとどまる 認 定 設 備 : 固 定 価 格 買 取 制 度 の 対 象 設 備 として 国 に 認 めら れた 設 備 買 取 価 格 は 毎 年 低 下 する 傾 向 にあるが 認 定 を 受 けると 発 電 開 始 が 遅 れ ても 認 定 時 の 買 取 価 格 で 売 る ことができる 出 所 : 資 源 エネルギー 庁 プレスリリースのデータから 作 図 Q10 太 陽 光 や 風 力 発 電 が 増 える ことの 課 題 は? 1 発 電 方 法 に 固 有 の 課 題 ( 広 大 な 土 地 を 占 拠 騒 音 など) 2 電 力 系 統 における 技 術 的 課 題 3 コストなどの 社 会 的 課 題 ( 費 用 負 担 )-Q9 参 照 送 配 電 の 仕 組 みからの 課 題 配 電 網 ( 家 庭 などの)の 電 圧 が 上 昇 周 波 数 の 変 動 が 増 加 世 界 遺 産 に 相 応 しい? 太 陽 光 パネル 対 策 は いずれの 対 策 も 費 用 と 技 術 開 発 を 要 する 高 圧 側 で 自 動 電 圧 調 整 柱 上 変 圧 器 を 増 やす スマートハウス 化 家 庭 の 機 器 を 最 適 制 御 家 庭 用 蓄 電 池 で 調 整 蓄 電 池 やバックアップ 電 源 を 増 やす 送 電 線 のつながりを 強 化 スマートグリッド 化 火 力 発 電 水 力 発 電 蓄 電 池 を うまく 組 み 合 わせて 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 の 変 動 を 吸 収 する ( 注 ) 矢 印 は 電 流 の 流 れる 方 向 変 動 を 吸 収 する 能 力 は 火 力 より 水 力 や 蓄 電 池 の 方 が 大 きい また 火 力 に 頼 り 過 ぎ るとCO 2 排 出 削 減 の 効 果 が 減 る HEMS:Home Energy Management System Bems:Building Energy Management System 4
Q11 地 熱 や 中 小 水 力 の 課 題? 2の 問 題 は 比 較 的 小 さい 1と3が 課 題 だ( 番 号 はQ10) < 利 点 は 共 通 > 大 きな 潜 在 力 地 熱 は 世 界 3 位 の 潜 在 量 小 水 力 も 多 くの 未 開 発 地 点 年 間 を 通 して 安 定 した 発 電 が 可 能 地 域 起 こしへの 活 用 可 能 性 < 地 熱 の 課 題 > 開 発 のリスク( 事 前 に 綿 密 な 調 査 それでも 蒸 気 量 が 不 足 するリスク) 地 域 との 調 整 ( 温 泉 地 帯 と 重 なる) 候 補 地 のほとんどが 自 然 公 園 内 地 熱 発 電 の 仕 組 みは((1)Q6 参 照 ) < 中 小 水 力 の 課 題 > 建 設 地 点 の 奥 地 化 小 規 模 化 で 高 コスト 農 業 用 水 や 水 道 用 水 との 調 整 ( 水 利 権 ) 上 流 に 降 った 雨 を 山 が 一 旦 貯 め 込 み 徐 々に 下 流 に 流 してくれると 変 動 が 少 ない( 山 が 太 陽 光 や 風 力 で 必 要 となる 蓄 電 池 の 役 割 をしている) 欧 州 では 問 題 は 出 ていないの 2010 年 における 欧 州 各 国 の 電 力 輸 出 入 再 生 エネ 導 入 の 意 思 と 課 題 克 服 に 向 けた 投 資 長 年 の 議 論 で 培 われた 導 入 への 意 思 と 着 実 で 計 画 的 な 取 り 組 み 揚 水 発 電 増 設 や 送 電 線 強 化 などの 関 連 施 設 へのEU 全 体 での 投 資 - 量 の 拡 大 とともに 電 気 料 金 が 上 昇 しており 導 入 量 制 限 などの 対 応 が 行 われている 欧 州 各 国 は 周 波 数 が 等 しく(50Hz) 相 互 につながっている( 一 体 運 用 は 大 き 過 ぎ 5エリアで 分 割 運 用 ) 北 欧 の 豊 富 な 水 力 発 電 を 再 エネ 発 電 の 負 荷 変 動 緩 和 に 活 用 する などの 柔 軟 な 運 用 が 可 能 - 量 の 拡 大 とともに 送 電 線 の 混 雑 電 圧 変 動 などの 課 題 が 顕 在 化 し ており 対 策 が 急 がれている 発 電 Q12 スマートグリッドとは 何? 従 来 のグリッド( 電 力 系 統 ) 電 気 送 配 電 情 報 電 源 の 主 役 は 大 規 模 集 中 型 総 需 要 に 応 じて 発 電 量 を ICTで 集 中 管 理 ( 情 報 の 流 れは 一 方 向 ) ICT: 情 報 通 信 技 術 (((Information and Communication Technology) 出 所 : 低 炭 素 電 力 供 給 システム 研 究 会 資 料 から 電 気 需 要 smart: 賢 い grid: 電 力 網 電 力 系 統 日 本 のスマートグリッド ( 賢 い 電 力 系 統 )のイメージ 需 給 状 況 を 踏 まえて 発 電 消 費 貯 蔵 をICTで 自 律 的 分 散 的 に 管 理 ( 情 報 の 流 れは 双 方 向 ) 分 散 型 電 源 が 増 えた 状 況 でも 高 効 率 高 品 質 高 信 頼 度 の 電 力 系 統 の 実 現 を 目 指 すもの 欧 州 は 再 生 可 能 エネルギーの 大 量 導 入 とのマッチングを 目 指 す 米 国 は 老 朽 化 した 送 電 網 の 更 新 と 信 頼 性 向 上 を 目 指 す 何 がスマート 系 統 全 体 では 天 候 の 変 動 による 電 力 の 変 動 を 蓄 電 池 の 活 用 地 域 間 の 電 力 輸 送 水 力 火 力 発 電 所 の 効 率 的 運 用 などで 抑 制 し 最 小 限 の 追 加 費 用 で 再 生 可 能 エネルギーの 増 加 電 源 の 低 炭 素 化 を 実 現 させることが 期 待 されている 家 庭 では エネルギーの 使 い 方 の 見 える 化 マネジメントシステムの 導 入 などに よって 住 まいの 快 適 性 を 高 めながら 省 エネの 実 施 省 エネを 可 能 とするライフス タイルへの 転 換 を 促 進 することが 期 待 されている 出 所 : 次 世 代 エネルギーシステムに 係 る 国 際 標 準 化 に 関 する 研 究 会 報 告 書 ( 平 成 22 年 1 月 ) 及 び 次 世 代 エネルギー 社 会 システ ム 協 議 会 中 間 とりまとめ 案 ( 平 成 22 年 1 月 )から スマートグリッドの 概 念 スマート メーター Q13 電 気 事 業 者 とは 誰? 電 気 事 業 法 で 定 められている 神 戸 製 鋼 などのIPPと 共 同 火 力 公 営 水 力 など 10 電 力 会 社 電 源 開 発 北 海 道 日 本 原 子 力 発 電 東 北 東 京 中 部 北 陸 一 般 電 気 事 業 者 と 区 別 関 西 して 新 電 力 と 呼 ばれる 中 国 2014 年 4 月 18 日 現 在 203 社 が 届 出 四 国 九 州 沖 縄 2016 年 に 全 面 自 由 化 に 移 行 する 予 定 だ 資 源 エネルギー 庁 HPから IPP:Independent Power Producer PPS:Power Producer and Supplier 契 約 電 力 が50kW 以 上 の 需 要 家 六 本 木 エネルギー サービス など 固 定 価 格 買 取 制 度 との 関 係 は Q9で 言 うところの 電 気 事 業 者 とは 一 般 電 気 事 業 者 特 定 規 模 電 気 事 業 者 特 定 電 気 事 業 者 のことだ 再 生 可 能 エネルギー 電 気 の 発 電 事 業 をする 者 は 特 定 供 給 者 と 呼 ばれ 電 気 事 業 者 を 通 して 需 要 家 に 電 気 を 届 ける 全 量 納 付 金 特 定 供 給 者 電 気 事 業 者 再 エネ 電 気 を 発 電 調 達 価 格 交 付 金 で 支 払 賦 課 金 支 払 需 要 家 需 要 家 ( 電 力 多 消 費 産 業 ) 再 エネ 電 気 お 金 費 用 負 担 調 整 機 関 電 力 多 消 費 産 業 の 割 合 による 不 公 平 を 調 整 必 要 な 財 源 は 国 が 措 置 年 間 使 用 量 が100 万 kwh 超 賦 課 金 単 価 は 一 般 の80% 5
Q14 発 送 電 分 離 とは? 発 電 事 業 と 送 電 事 業 を 分 離 すること この 部 分 を 一 般 電 気 事 業 者 から 法 的 に 分 離 する (2018~20 年 頃 までに) 次 のような 分 離 の 形 態 がある 発 電 と 送 電 を 別 会 社 とする( 所 有 分 離 型 ) 発 電 事 業 と 送 電 事 業 を 持 ち 株 会 社 下 で 別 会 社 とする( 法 的 分 離 型 ) 電 気 事 業 者 が 設 備 を 所 有 したま ま 独 立 系 統 運 用 者 にまかせる ( 機 能 分 離 型 ) 電 気 事 業 者 の 中 で 会 計 を 部 門 ご とに 分 ける( 会 計 分 離 型 ) いずれの 方 式 も 中 立 性 公 平 性 の 確 保 が 大 事 全 面 自 由 化 の 予 定 発 送 電 分 離 はなんのため 電 力 自 由 化 にあわせて 送 電 網 を 全 事 業 者 に 開 放 すると 消 費 者 が 自 由 に 電 気 を 購 入 する 事 業 者 を 選 択 でき 電 気 料 金 が 下 がる( 競 争 的 市 場 によって) 再 生 可 能 エネルギーの 導 入 が 伸 びる( 消 費 者 の 意 思 で) との 期 待 がある 一 方 で 消 費 者 の 視 点 からは 電 力 供 給 の 安 定 性 が 向 上 確 保 される( 送 配 電 系 統 への 投 資 ) ことも 必 要 だ 欧 米 の 先 行 例 をみると こ れらの 達 成 には 綿 密 な 制 度 設 計 社 会 の 努 力 が 必 要 なことが 伺 える みんなでよ く 考 えていかなければならな い 課 題 だ 欧 米 では エネ 庁 HPから 国 際 的 には 欧 州 で 先 行 して 進 められてきた 米 国 は 発 送 配 電 を 一 貫 して 行 う 州 と 分 離 した 州 が 混 在 している 分 離 形 態 は 欧 州 では 所 有 分 離 型 が 好 まれ 米 国 では 機 能 分 離 が 選 択 される 傾 向 にある 6