TANOKAGA! ~たのしい科学~

教科書では語られない科学ネタの紹介・解説を中心とした、学生向けのブログ

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ここは、私が「気になった科学ネタ」「自作した動画教材」などを紹介するブログです。

教科書には詳しく載っていない事柄で、かつ授業で使えるかもしれないネタを中心に記事にしようと思います。 視聴覚素材の利用や、わかりやすい解説で、中学生や高校生が理解できる記事を書いていきたいです。
もちろん、科学に興味を持った大学生以上の方も大歓迎です。 ただ、その道の専門を学んでいる方にとっては、簡単ゆえに物足りないかも知れません。

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原発の停止などによって、夏場の電力供給が不足し、暑い中での停電などの不自由な生活を強いられる可能性が出ています。
停電を回避するには、電力消費を抑えるか、電力供給を増やすかしかありませんが、供給を増やす方法として現在検討されている案のひとつが、「揚水発電所の稼働を増やす」ことだそうです。

発電所を新規に建造するには年単位の期間が必要ですので、この夏までには間に合いません。すると最も手っ取り早いのは、既にある発電所の稼働率を上げることです。

では、稼働率を増やすことが計画されている揚水発電とは、一体どのような発電方法なのでしょうか。

解説は以下から。
揚水発電が電気を起こす仕組みは、水力発電と全く同じです。
つまり、ダムに貯まった水を落下させるときに生じる運動エネルギーを、水車に伝えて、その回転で発電機を動かします。
ですので、揚水発電は水力発電に分類されることがあります。

しかし水力発電との決定的な違いは、「ダムに貯める水の出所が、自然由来か、そうでないか」ということです。

水力発電のダムに貯まる水は、もともと雨として地表に降りそそいだものですよね。雨は、太陽の熱によって蒸発した海水がおおもとなのですから、水力発電の原料は自然エネルギー、無限のエネルギーであると言えます。

一方で揚水発電ですが、これは電動ポンプによってダム下から水を人工的にくみ上げて、それをダム湖に貯めて発電の原料にしているのです! いわば揚水発電の水は、人間が作り出した、有限のエネルギーなのです。

これは一見すると本末転倒な発電方法です。
一言で言ってしまうと、電気を使って電気を生み出す発電方法だからです。
エネルギーを変換するときには必ず損失が生じるという原則があるため、仮に100の電力を消費して水をくみ上げたとしても、発電のときに100の電力が生産されてくることはありません。絶対に損をするのです。

ですので、一般的な水力発電と比較しても、揚水発電のエネルギー変換効率は悪いです。それに揚水発電所の建設には山を切り開かないといけませんし・・・これだけ見たら何でこんな無駄なものを作るんだ! と思うでしょう。

しかし、理屈になるメリットも存在していることもまた事実です。
揚水発電の一番のメリットは、「夜間の余った電力を使用して、昼間に好きなだけ発電できる」こと!

火力発電や水力発電は、発電出力の調整がとても容易です。火力発電だったら燃料の注入を止めれば良いんだし、水力発電だったら水を落とさなければいいのです。
しかし原子力発電だけは、出力の調整が難しいのです。一度運転を始めたら昼夜問わず運転しっぱなしの状態になります。それは核燃料が常に熱を発生させていて、冷却に時間がかかることが原因です。(これは福島原発の事故で、嫌と言うほど思い知らされましたね。)
そのため、原子力発電所で作られた電気は、もっぱら夜間の電力需要を支えています。しかし、夜間はそもそも電力需要が少ないです。原子力発電所が生み出した電気の一部は、もったいないことに使われずにそのまま捨てられているのが現状です。(発電した電気は貯めることができませんので。)
この夜間に余って捨てられる電気をなんとかして有効利用できないか、として考え出されたのが揚水発電なのですね。
夜間にくみ上げた水は、電力需要が激増する昼間に、好きなタイミングで、好きな量だけ落として発電させることができるのです。

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「どうせ捨てられる電気なら、損を覚悟で使っちゃおうじゃないか」という考えのもとで、揚水発電は利用されています。この考えには、賛否両論あるでしょう。
このような特殊な事情もあり、揚水発電は別名、「(夜に電気のモトを貯めて昼に電気を放出することから)巨大な蓄電池」「(電気を使って電気を生み出す本末転倒さから)電力発電」とも言われています。

この揚水発電、夏場の電力供給の切り札になるのか・・・注目です。
(でも、今年は肝心の原発が止まっているから、火力発電所の電気を使って水をくみ上げるのかなぁ? 夜に電気が余っていることが前提の揚水発電所ですからねぇ。それに、発電機やポンプの負担が増えることも心配。故障する発電所が出なければいいけど・・・。)
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