2010-11-26

『次代を担う、エネルギー・資源』火力発電の可能性2 ~日本の火力発電・火力発電ってどんなもの?1~

みなさん、こんにちは~
プロローグに引き続いて火力発電について追求を進めていく前に、
そもそも火力発電ってどんなものか?調べてみました
日々当たり前に使っている電気 が、どのように作られているかみていきましょう

火力発電は読んで字の如く「火」を使いますが、「燃える」ってどういうことなんでしょうか
「燃える」ことで、どうやってエネルギーを作り出しているのでしょうか :roll:
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一緒に考えていきましょう~

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■「エネルギー」って、何?
火力発電では、様々なエネルギーが移り変わることによって、電気が生まれます

まずはじめに、「エネルギーとは何か?」から、押さえていきましょう
を出したり 、音 を出したり。
そんな風にいろいろなことを起こすことができるはたらきを「エネルギー」といいます。
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物を動かしたり、モーターを回したり、地球には重力が働いているので高いところにあるものは、落ちる勢いで物をこわしたり、動かしたりできます。つまり、高いところにある物は、エネルギーを持っているといえます。これを「位置エネルギー」といいます。
これに対して、動いている物は、何かにぶつかることでその物をこわしたり、動かすことができます。
このように、動いているものが持っているエネルギーを「運動エネルギー」といいます。

主なエネルギーとしては、上記以外に「化学」「電気」「光」「音」「原子」があります。
そして、これらのエネルギーは相互に移り変わります
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(※ 「位置エネルギー」「運動エネルギー」は、ともに「力学的エネルギー」とも言われます。)
これは、今回の大きなポイントですので、よ~く覚えておいて下さい

■燃えるって何?
火力発電でも使われている火。これって、何なのでしょうか :roll:
燃えるとは、化学反応が起きているということです。
例えば、薪の「燃焼」という現象は、基本的には組成の約半分を占める炭素(C)と酸素(O)が化合して二酸化炭素となることです。これを酸化反応と言います。
ストーブをたくと暖かくなりますよね。これは、常に炭素(燃料)と酸素(空気)を供給して燃焼を持続させるという状態を作ることで、二酸化炭素と熱のエネルギーが生まれるためです。

              C + O2 → CO2 + 熱

燃料となるような物質(火力発電で言えば、石炭や石油など)は、化学エネルギーを持っているといいます。そして、化学エネルギーを持つ物質が、酸化などの化学反応を起こして「熱」や「光」といった他のエネルギーを出す状態を「燃える」と呼んでいます

■燃やすと力が発生するのは、なんで?
燃料が燃えると熱のエネルギーが発生することがわかりましたが、それが「力」に変わる仕組みをみていきます
火力発電の基本的なしくみは、
燃料を燃やしてお湯を沸かし、その蒸気の力で蒸気タービンを回転させて電力を発生させます。
やかんでお湯を沸かして、その湯気の力で風車を回すイメージ です。
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やかんから湯気が勢いよく出る(=力が発生する)のは、なんででしょうか?
液体から気体へ状態変化するとき、水の体積は1700倍にも大きくなります
その変化がやかんという限られた空間で起こると、水蒸気の分量が増えるにつれて中では圧力がどんどん高まり、注ぎ口の出口からは圧力の高まった水蒸気が一気に噴出することになります。

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この状態変化をもっと小さな分子の世界で見ると、熱のエネルギーが分子の運動エネルギーへと変化している、ともいえます。
どういうことかというと、熱を与えられることによって、水の分子の運動エネルギーが高まり、気化することでより活発化します。それを限られた空間で行うことで水の分子が動き回る際に壁にぶつかる圧力が生まれるのです

まとめると、燃料の持つ化学エネルギーに変わり、そのが水へ移ることで分子の運動エネルギーとなり、一定の空間内にある分子が壁にがぶつかることで圧力が生まれ、それがものを動かす力となるのです

では 、改めて「火力発電の仕組み」をまとめてみてみましょう

■火力発電の基本構造
火力発電は、石油や石炭、天然ガスなどの化石燃料を燃やしたときの熱を利用して蒸気をつくり、その蒸気の力でタービンを回し、タービンにつながった発電機を動かして発電しています。
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ちなみに、蒸気タービンを回転させた後の蒸気は、復水器で冷やされて水に戻り、またボイラー内に送られて蒸気へと変わるという動きをくり返します。復水器の水を冷やすために大量の水が必要なため、火力発電所は比較的海に近い場所に設置されています。
※復水に水を使うのは、気体よりも密度の高い水(=液体)を使うことで、空気中で復水するよりも早く水に戻すことができるためです。

また、火力発電は、燃料の量を変えることで発電量を調整することができるので、季節や時間帯によって変動する電力消費に対応して発電しています。
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今回は、火力発電の仕組みについて学びました
次回は、火力発電の熱機関の種類と燃料の種類についてです
お楽しみに~

参考サイト&文献
関西電力:エルシティナンコウ
熱力学第二法則とその応用(R. Okamoto. Kyushu Inst. of Tech)
薪ストーブについていろいろ
電気事業連合会HP
東電環境エンジニアリング株式会社
りかちゃんのサブノート

List    投稿者 yamazun | 2010-11-26 | Posted in E08.火力発電の可能性5 Comments » 

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コメント5件

 hihi | 2011.09.25 15:53

解りやすいグラフです。
災害多いなあと思っていたら、本当に増えているんですね。
何でだろう?

 ぴのこ | 2011.09.26 9:25

hihiさん、コメントありがとうございます!
私も、最近災害多いなぁと思ってましたが、自分が生きてるのなんて大した年数じゃないし、増えてるかどうかはわかんないやと思ってたのですが、データを見て「やっぱり!」と確信しました。
なんでこんなに増えてるんだろう?
地球規模で変動期に入ったのでしょうか?
それとも、人工災害?
今後の追求テーマとして、調べていきます!

 だいち | 2011.10.06 14:55

風水害もこんなに増えているんだね。驚き!
でも死亡者数はすごく減っている。
つくづく予知することの重要さを感じます☆

 ぴのこ | 2011.10.11 17:29

だいちさん、コメントありがとうございます♪
>つくづく予知することの重要さを感じます☆
本当に、そうですね♪
地震も予知できたら、多くの人が助かりますもんね。
続きのシリーズで、予知を追求していきますのでお楽しみに!!

 匿名 | 2012.12.13 5:07

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