再生可能エネルギーとは?種類や仕組みを解説

えらぶ家 2020-5-14
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近年、台風などの災害が発生し続けていることもあり、再生可能エネルギーについて気になっている方も多いのではないでしょうか。再生可能エネルギーとは、自然のエネルギーを活用したものを指します。

多くの方は見聞きしたことがあるかと思いますが、具体的な内容や特徴について知らない部分もあるでしょう。

今回は、再生可能エネルギーについて知りたい方へ向けて、再生可能エネルギーの定義や特徴をはじめ、導入メリット・デメリットについて分かりやすく解説します。また、再生可能エネルギーの中には、個人で導入できる設備もあります。

再生可能エネルギーとは

まずは再生可能エネルギーとは、どのようなエネルギーのことを指すのかを解説します。

恒久的に使用できるエネルギー

再生可能エネルギーを簡単に説明すると、恒久的(ずっと)に使用できるエネルギーを指します。また、具体的には、以下3つの特徴を持つエネルギーを再生可能エネルギーと呼びます。

・枯渇しないエネルギー
・温室効果ガスが発生しない
・場所を選ばず使用できる

ちなみに火力発電などで使用する化石燃料は有限ですので、再生可能エネルギーではありません。また、原子力発電は半永久的に使用できるイメージですが、原料となるウランは無限に供給できる訳ではありません。さらに環境面で課題があるため再生可能エネルギーの範疇には含まれません。

再生可能エネルギーを活用した発電システムは5種類

再生可能エネルギーは、風や太陽光など自然に存在するモノを指します。そして国内で再生可能エネルギーを活用した発電設備は、風や水など5種類です。

風:風力発電
水:水力発電
太陽光:太陽光発電
地下の熱:地熱発電
有機物:バイオマス発電

特に太陽光発電は、テレビCMや近所の住宅の屋根、工場などで見かけたことがあるのではないでしょうか。

日本の場合は太陽光発電の普及率が高く、家庭用太陽光発電と呼ばれる個人でも導入できるタイプも発売されています。

再生可能エネルギーの将来性と課題

続いては、再生可能エネルギーの将来性と課題を紹介します。環境問題をクリアしてくれると考えている方もいるかと思いますが、実際は課題もあります。将来性と課題、どちらも知る必要があるでしょう。

未来のエネルギーとしての可能性

化石燃料は、いずれ枯渇することが予想されています。エネルギーの枯渇は、生活・社会の停止を招く大きな問題です。

再生可能エネルギーは、現時点で不安定なエネルギーで主力エネルギーとはなりません。しかし、今後技術開発が進み、より安定的にエネルギーを取り出せるようになる可能性もあります。

森林伐採などの問題も発生している

再生可能エネルギーは、温室効果ガスを発生しないクリーンなエネルギーである一方、環境問題を引き起こしているという側面もあります。

1つは森林伐採です。たとえば太陽光発電の場合、充分な発電量を得るためにはソーラーパネル(長方形、正方形)を多数設置しなければいけません。

1枚あたりのサイズは仕様によりますが、縦1,500㎜×横1,000㎜×厚み50㎜程度です。

メガソーラーなど企業が運営している太陽光発電は、数万枚単位で設置するため500,000㎡など広い土地が必要となります。そして、森林を伐採したり山を削ったりなど、結果的に環境へ影響を与えるリスクも発生します。

再生可能エネルギーは、必ずしも地球や人にとって良いという訳ではないことも覚えておきましょう。

発電設備としては不安定なエネルギー

再生可能エネルギーの大きな課題は、その不安定さにあります。

火力発電は化石燃料が必要なものの、現在は継続的に燃料を投入できる状況ですので安定的に発電できます。また、原子力発電は、少ない燃料で長時間安定的に発電できます。

一方再生可能エネルギーは、風や水・太陽光と不規則に変化するエネルギーばかりです。

たとえば風力発電は日中・夜間問わず発電できるものの、風の強さ・向きは不規則です。さらに時々刻々と風速は変化するだけでなく、無風の日もあります。

一例ではありますが、このように再生可能エネルギーは、長時間安定的にエネルギーを取り出すことができないという課題を抱えています。

反対に言えば、安定的に発電できる技術やシステムが確立することで、化石燃料に変わる主力エネルギーとして期待できると言えるでしょう。

再生可能エネルギーの種類

続いて、各再生可能エネルギーの特徴と発電までの仕組みを簡単に解説します。

太陽光発電

太陽光発電は、太陽光を電気へ変換する半導体を組み込んだ太陽電池を活用して、さまざまな機器へ電気を供給するシステムです。

住宅の屋根や工場などに設置されているパネルは「ソーラーパネル」と呼び、太陽電池を複数組み合わせています。

他にも以下のような機器を必要とするのが特徴です。
架台:ソーラーパネルを支える土台のようなもの
接続箱:複数のソーラーパネルから送られた電気を集める
パワーコンディショナー:直流電流を交流電流へ変換する装置

太陽光発電の発電効率は20%台ですが年々改良されています。また、各企業が開発している太陽電池の中には、40%台の発電効率のものもあり将来性を期待できるでしょう。

太陽光は半永久的に発生し続けるエネルギーで、晴れの日であればいつでも発電・電気を取り出すことが可能です。また、他の4種類の再生可能エネルギーと違い、個人でも導入できるコンパクトなシステムもあります。

▼太陽光発電と蓄電池に関してより詳しく知りたい方はこちらの記事も合わせてご覧ください。
太陽光発電と蓄電池の特徴、組み合わせるメリットとは?

風力発電

風力発電は、風の力を利用して発電するシステムです。タワーと呼ばれる支柱を設置し、先端部分にブレード(羽根、プロペラのようなもの)を取り付けます。

そして風が吹くとブレードが回転し、回転によるエネルギーを発電機が電気へ変換する仕組みです。

発電した電気は、変圧器で電圧調整し、電力会社へ売電したり自家用として使用したりします。

風力発電は、以下のような機器も使用します。
増速機:回転数を上げるギアボックス
ブレーキ:暴風などによる急激な回転数上昇を抑える装置
風向き・風速計:風向きや風速を測定
ローター軸・発電機軸:ブレードと発電機などを繋ぐ部品

発電効率は、理論上60%台まで上がります。しかし、実際は摩擦などの損失があるため、30%前後です。

風は刻々と風速や向きが変わるため、発電の安定性という点では課題もあります。ただ、使用後済み燃料や有害な成分が一切発生しないという大きなメリットがあります。

水力発電

水力発電は、水と位置エネルギーを活用した発電システムです。具体的には高い場所から低いところに水を流し、その時に発生する力を水車から発電機へ伝えて発電します。

つまり水で水車を回転させ、回転エネルギーを発電に変換する仕組みです。

水力発電は、特に大きな設備を必要とするため、ダムや河川などに設置します。また、河川や農業用水の近くに水車を設置する方式を流れ込み式と呼び、ダムや貯水池を利用する方式に分かれています。

発電効率は、再生可能エネルギーの中で特に高いのが特徴です。また、摩擦などの損失を含めても、80%台を維持できます。

地熱発電

地熱発電とは、マグマ近くにある熱水および蒸気を利用した発電システムです。地下のマグマは半永久的に使用できる資源ですので、再生可能エネルギーとして使用されています。

発電方式は、バイナリ方式とフラッシュ方式の2種類です。
バイナリ方式:熱水(温泉水)で有機媒体を温め、発生した蒸気でタービンを回し発電
フラッシュ方式:熱水をくみ上げタービンを回す。タービンの回転エネルギーを発電機へ伝えて発電

仕組みは火力発電と同じですが、資源は半永久的です。発電効率は10%台と低いものの、他の再生可能エネルギーよりも安定して発電できます。

なぜなら風や太陽光と違い、常に一定の熱水を取り出せるためです。

バイオマス発電

バイオマス発電は、動物や植物といった有機物から得られるエネルギーを電気に変換するシステムです。

バイオマス発電に使用する燃料は、間伐材や木くず・ゴミ(可燃性)・廃油などさまざまです。

発電方法は、バイオマス燃料の燃焼や発酵による蒸気やガスでタービンを回し、回転エネルギーを電気へ変換します。また、発電効率は20%前後ですが、燃料調達コストや土地の確保、発電設備の建設コスト・手間のかかる方法でもあります。

太陽光発電のように設備設置コストが下がれば、実用性も上がるでしょう。

再生可能エネルギーは風や水など恒久的に取り出せる資源のこと

再生可能エネルギーとは、風や水・太陽光や有機物など、恒久的に取り出せる資源を利用して得られるエネルギーのことです。また、温室効果ガスなど環境に影響を与えないエネルギーであることも、条件の1つとなっています。

メリットは資源が半永久的、そしてエネルギーの自給自足も望める点です。しかし、発電設備を設置するために森林伐採や山を削るなど、既存の環境に影響を与える問題も抱えています。

再生可能エネルギーは、これからの社会をどのように変え、支えることができるのか1人1人が考える必要もあるでしょう。

           

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