なぜ50Hzと60Hzがあるのか?

みなさん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。


日本の電力は50Hz地域と60Hzがあります。

これは、東京ではドイツから発電機を輸入し、大阪ではアメリカから発電機を輸入したことが原因と言われています。

 

それでは、世界にはなぜ50Hz地域と60Hz地域があるのでしょうか?

 

電気技術者協会の「周波数が50Hz60Hzに落ち着いた事情」に詳しい説明があります。

世界には2つの周波数がありますが、ひとつの国に2つの周波数が存在するのは珍しいようです。 
メルマガ電験3種過去問の傾向と対策の登録はこちらです。



太陽エネルギーが元です

 

みなさん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

 

123日にNHK高校講座理科総合AB電気エネルギーの一生」を紹介しました。

 

そのまとめはこちらです。

電気エネルギーは他のエネルギーを変換して作られていました。

 

そのエネルギーには運動エネルギー、位置エネルギー、そして化学エネルギーなどがありました。

 

ではそれらの大元はなんでしょうか?

 

実は核エネルギーを除いて、他のエネルギーのほとんどは太陽で発生するエネルギーが元になっています。

 

太陽で発生したエネルギーにより地球に光と熱が注いでいます。これが各種エネルギーの大元です。

水力発電のしくみを考えてみます。

 

太陽の光と熱が海に照射する

    ↓

水が蒸発して雲が出来る

    ↓

雲が陸地に移動して山林に雨を降らせる

    ↓

山に降った雨が川になって流れる

    ↓

川に流れた雨がダムに溜まる(水の位置エネルギー)

    ↓

水がダムから水路を通って発電機に導かれる(運動エネルギー)

    ↓

発電機が回転する(回転エネルギー)

    ↓

電磁誘導により電機エネルギーが発生する

 

火力発電のしくみを考えてみます

 

太陽光が植物に降り注ぐ

    ↓

植物が光エネルギーにより光合成を行う(光エネルギー→化学エネルギー)

6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2

    ↓

植物が枯れて土に埋もれる

    ↓

長い年月をかけて石炭に変化する

    ↓

石炭を燃やして熱を得る(熱エネルギー)

    ↓

熱によって水を沸騰させる

    ↓

沸騰した水の蒸気でタービン(羽車)を回す (回転エネルギー)

    ↓

タービンに直結した発電機が回る

    ↓

電磁誘導により電気エネルギーが発生する

 

上記の過程で、植物を食べた動物の屍骸が長い時間をかけて変化すると石油になります。

 

いずれにせよ、石炭や石油は長い年月をかけて生成されたものです。それを燃やすと言う事は、その長い年月を浪費する事につながります。石油や石炭を大事に使う省エネが大切です。

 

バイオマス発電の場合は、燃料である草木が1年くらいで再生しますから、これは消費サイクルを短くできます。

 

太陽電池の場合は光エネルギーが直接電気エネルギーに変換されます。

 

風力発電の場合です。

 

太陽光が海と陸に照射する。

     ↓

陸の方が海よりも温まりやすいので、陸の温度が海の温度よりも上がる。

     ↓

陸で上昇気流が発生する。

     ↓

海から陸へ風が吹く。

     ↓

日が沈むと、逆に陸から海へ風が吹く。

     ↓

風力によって風車が回る。(回転エネルギー)

     ↓

風車に接続された発電機が回る。

     ↓

電磁誘導により電気エネルギーが発生する。

 

潮力発電の場合は、月の引力によって発生する潮流を利用します。

 

潮流によってスクリューが回る。(回転エネルギー)

     ↓

スクリューに接続された発電機が回る。

     ↓

電磁誘導により電気エネルギーが発生する。

 

石油は40年、石炭は120年、天然ガスは60年、ウランは80年で枯渇します。

 

しかも、これら全てのエネルギー源は輸入に頼らなければなりません。石油に関して言うと、資源エネルー庁のデータでは、2008年に約15兆円程度(円ードルレートで変わる)が海外に流出しています。

 

 

国内の炭鉱はすべて閉鎖されたので、石炭のすべては輸入です。

原子力発電所で使用するウランも輸入品です。

 

日本の来年度予算が90兆円であることを考えると、いかに巨大な金額が海外に流出しているか分かる事と思います。

 

風力発電、太陽光発電、潮流発電、地熱発電を開発すれば、このお金が海外に流出する事はありません。

 

省エネを進めると同時に、これらの国産エネルギーの開発が期待されます。



自動車は巨大な発電機?

みなさん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

 

ガスタービン式火力発電所では天然ガスを燃やしてタービンを回し、それに繋がった発電機を回転して電力を発生させています。

 

これと似たしくみの発電装置が各職場や各家庭にあります。自動車です。

 

自動車は、エンジンを回し、それに繋がった発電機を回して発電をし、発生した電力を鉛蓄電池(バッテリー)に貯めて、スターターなどに使っています。

 

ハイブリッド自動車プリウスでは、エンジンを回して通常走行するときに発生した電力をニッケル水素電池に貯めています。そして、低速走行のときには、この電力を使い、モーターを駆動して走ります。


プリウスの仕様書を見るとエンジン出力は最高73kW(99馬力)と表示されています。

 

仮に、このエンジンで発電された電力を100Vで供給すると73kW÷100V=730Aです。

さらに家のブレーカーが30Aだとすると、730A÷30A=24.3

なんと、24軒分の電力です。

 

自動車のパワーって凄いですね。

 

自動車は、約60kgの人間を移動させるのに、その10倍以上の重量である約1トン(1000kg)の物体と一緒に移動する乗り物ですからエネルギー効率は非常に悪い。

 

ある程度の人口密度があれば、バスや電車の方が省エネに役立ちます。

 

効率的な交通手段を使いたいですね。

 



日本の食糧自給率は40%?

 

みなさん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

 

「電力」を学習するといろいろな発電方法があることが解ります。現在、主な方法としては水力発電、火力発電、原子力発電があります。

 

このうち、水力発電は自然エネルギーである水の位置エネルギーを電気エネルギーに変換しています。

 

原子力発電はウランの核分裂で発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換します。


火力発電所は石油や石炭、天然ガスを燃やしたときに発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換しています。

 

揚水発電所のしくみは水力発電所に似ていますが、原子力発電所で発生した電気エネルギーを水の位置エネルギーに変換して貯めておく設備です。

 

そして、自動車は石油を精製してできるガソリンや軽油で動きます。

 

これら、火力発電所で使われる石炭、石油、天然ガスのほとんどは輸入品です。

自動車で使われる「石油」も輸入品です。

原子力発電所で使われるウランも輸入品です。

 

日本のエネルギー自給率は4%しかありません。

 

日本の食糧自給率は40%であると言われています。

主食である米の自給率は100%であると言われています。

 

しかし、いまでは田んぼは耕運機でたがやし、稲はコンバインで収穫します。

これらの機械は、99%が輸入品である「石油」で動きます。これらの機械がなくては農業ができません。

 

このことを考慮すると、日本の食糧自給率は40%どころか、1%にも満たないでしょう。

 

日本が自前で調達できるエネルギーである、太陽光、風力、地熱、潮流による発電装置の開発と普及が待たれます。

 



ヒートポンプとは

みなさん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

 

みなさんは「ヒートポンプ」という言葉を聞いた事がありますか?「ヒート」は「熱」ですから「熱ポンプ」という意味です。ますます分からなくなって来ましたか?

 

一般的に知られている機器には「冷蔵庫」と「エアコン」、があります。

皆さんはこれらを「冷やす装置」だと思っていませんか?

 

実は冷蔵庫もエアコンも「冷やす装置」ではありません。これらは「熱を移動する装置」です。

冷蔵庫の外側を触ってみてください。暖かくなっていますよね?これは冷蔵庫内の「熱」が冷蔵庫の外側に移動したためです。

 

夏に部屋を冷房しているときに、エアコンの室外機のそばに行った事がありますか?

室外機の回りは一段と暑くなっています。これも部屋の中の「熱」がエアコンによって部屋の外に移動しているからです。

 

どういう仕組みでしょうか?()ヒートポンプ・蓄熱センターではヒートポンプ蓄熱システムを学ぼうで詳しく説明しています。

 

ヒートポンプはポンプに使う電気エネルギーの3倍〜5倍の熱エネルギーを移動する事ができます。非常に効率が良い装置です。

 

この効率は成績係数(COPCoefficient Of Performance)で表されます。

成績係数=移動したエネルギー÷ポンプに使用した電気エネルギー

 

今年の電験3種の機械にCOPを求める問題が出題されました。受験生の皆さんはしっかりと学習してください。

 

自動車のエアコンの場合は電気ではなくて、エンジンの力でヒートポンプの心臓部であるコンプレッサーを駆動しています。

 

エアコンの室外機は部屋の中の熱を外気に移動する装置です。この結果として都市全体の温度が上昇するヒートアイランド現象が起こります。

そこで熱を外気に放出するのではなく、地中に放出する方法があります。

地中熱利用促進協会の解説をご覧下さい。地中の温度は外気に比べて安定しているので効率の良い運転が出来ます。

 

 

興味のある方はオーム社の「地中熱ヒートポンプシステム」をお読みください。


今後、このような方式が主流になれば
CO2排出削減も進むでしょう。

 



地熱発電について

 

みなさん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

 

前回「潮流発電について」でも述べましたが、いくら節電に努めても、冷蔵庫などの運転のために使われる24時間一定の出力の電力、いわゆるベース電力が必要です。

 

日本国内では、少ないながらも10数箇所の地熱発電所が活動し、ベース電力を供給しています。地熱発電では地下の熱を利用します。

 

火力発電所では石炭や石油を燃やしボイラーで水を沸騰させて蒸気を作ります。原子力発電所では核分裂反応による熱を利用して水を沸騰させて蒸気を作っています。そして、この蒸気をタービンと呼ばれる水車のようなものに送り込んで回転をさせます。そしてタービンに連結した発電機を回して発電をします。

 

地熱発電所では地面から湧き出てくる蒸気を利用します。あるいは地下の熱い箇所に水を送り込んで水蒸気を発生させます。そしてこの水蒸気をタービンに送り込み、タービンに連結した発電機を回転させて発電をします。

 

この方法も自然のエネルギーを利用していて、CO2を発生させない、核廃棄物も発生させないクリーンな方法です。そして、燃料代も運転費用も無料に近いものです。

 

日本国内で最大の地熱発電所である東北電力柳津西山地熱発電所は見学が出来ます。観光を兼ねて訪問してみてはどうでしょうか。

 

すでにアメリカ政府はこの地熱発電所の建設をいまの数十倍に高める方針でいます。日本も地熱発電に力を注がないと、アメリカに市場を奪われてしまいます。いうまでもないことですが、世界でエネルギーを最も必要としている国は中国とインドです。

いま、地熱発電に力を入れなければ、日本の方式が世界標準となることは出来なくなります。世界標準になれなければ、世界に技術を輸出し、世界の市場に進出することが出来ません。

 

世界標準となって将来の世界市場を制するためにも、日本政府が地熱発電、潮流発電に力を入れてほしいものです。



潮流発電について

皆さん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

 

電力のベストミックスで説明しましたが、原子力発電所は需要に合わせて出力を可変する事ができないので24時間一定の出力で運転をしています。

従って、その電力は基本的に冷蔵庫、
24時間営業のコンビニ、自動販売機など一定の電力消費を必要とする機器で使用されます。また、待機電力も24時間一定の電力を消費しています。これらはベース電力と呼ばれます。

 

冷蔵庫のサイズを小さくしたとしても、プラグを引き抜いて待機電力を少なくしてもどうしてもベース電力は必要になります。そのベース電力を供給する手段としては原子力発電の他に地熱発電と潮流発電があります。

 

潮流発電とは「海水の流れ」を利用して発電する方法です。皆さんは鳴門の渦潮をご存知でしょうか?瀬戸内海と外海との間には毎日潮流が発生しています。この潮流によって生じるのが鳴門の渦潮です。渦潮を起こすぐらいの大きな力を発電に利用するのが潮流発電です。


現在、国内では
NOVA ENERGYが開発研究を行っています。しかし、残念なことに国内での実用化のパートナーに恵まれず、韓国海洋大学(釜山)の都徳煕(ト・トクヒ)教授と共同研究をしている状態です。

 

潮流発電はCO2も放射性廃棄物も発生しません。とてもクリーンなエネルギーです。そしてそのエネルギー源、運転費用は無料です。

日本の企業のみなさん、NOVA ENERGYをサポートできませんか。



風力発電について

皆さん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

太陽光発電と並んで自然エネルギーとして取り上げられる事が多いものに風力発電があります。

 

しかし、風力発電と太陽光発電には大きな違いがあります。太陽光発電は人間の生活サイクルに合った発電サイクルであるのに対し、風力発電は風任せの発電であるため人間の活動しない夜中であっても発電しますし、電力を必要とする昼間に発電しない場合もあることです。

 

したがって風力発電の電力を電線に繋ぐ「系統連携」を行うと、電力網への影響が太陽光発電の場合よりも大きくなることが予想されます。
 

風力発電を行うための風力のエネルギーは次の式で表されます。

E=1/2 CρAv^3(vの3乗の意味です。)

(ρ:空気の密度、v:風速、A:風車の回転面積、C:係数0.150.45

 

つまり、電力は風速の3乗に比例します。

現在、伊藤忠テクノソリューションズでは気象庁のデータを使って風力による発電量を予想する技術を開発中です。新技術に期待しましょう。



スマートグリッドの日本版

皆さん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。

皆さんは スマートグリッドという言葉をご存知でしょうか?「スマート」とは「賢い」と言う意味であり「グリッド」は「送配電網」の意味です。

 

NEDO(新エネルギー産業技術総合開発機構)集中連系型太陽光発電システム実証研究を行いました。これは群馬県太田市で553世帯の分譲住宅に太陽電池パネルを取り付け、2200Wの発電を系統連携する実証実験を実施するものです。

 

和坂貞雄理事によると蓄電池を併設しておくと系統連携を行っても系統への影響が少なく、十分に運用可能な事が分かったと言う事です。いわば蓄電池が電圧変動のショックアブソーバー(衝撃吸収装置)になっています。

 

「これは日本版スマートグリッドの原型と言えるものである。」と和坂理事はコメントしています。Googleが提唱するアメリカ版スマートグリッドでは蓄電池ではなく電気自動車に内蔵されているリチウムイオン電池を利用する方法を考えているようです。


いずれの方法にしろ、早く開発し、普及した方法がde-facto standard つまり事実上の世界標準となります。それゆえ、これはとても重要な開発競争です。


これからは「電気を電力会社から買う時代」から「自分で使う電気は自分で作る時代」に変わって行きます。

 

 

 



太陽光発電の有効性について

 皆さん こんにちは 電験3種傾向と対策研究会です。
 

電力のベストミックス揚水発電のしくみ揚水発電のエネルギー効率3回にわたり説明ましたが、昼間10時〜18時に消費する電力は揚水発電所から供給されています。

揚水発電所は
2つのダム、原子力発電所とセットで建設される必要があり、設備投資効率が低いものでした。またこの発電所から供給される電気の総合エネルギー効率は約20%と低いものでした。それゆえ、この時間帯に電力を使用することは海水温暖化を促進します。


では、どのような対策があるでしょうか。

対策のひとつは「太陽光発電」です。昼間の人間の活動時間帯には太陽が昇っています。従って、人間の電力使用時間帯と太陽光発電時間帯はほとんど一致します。太陽光で発電することは電力施設の運用効率を考えるととても合理的です。しかも、運転費用(ランニングコスト)はゼロです。


巨大な原発やダムを建設する必要もありません。原発やダムを建設するのにもエネルギーが必要ですし、巨額な投資が必要です。それを太陽光発電装置に振り向ければピーク電力をまかなう事ができます。

しかも太陽光発電の場合、送電網が必要ありません。いわばエネルギーの「地産地消」が可能です。これを実現するのがスマートグリッドの考え方です。


以前に「直流を発生させるには」で説明した通り、太陽電池で発電された電力はプラスとマイナスが決まっている直流です。現在はインバーターという装置で、一般家庭で使用されている交流に変換された後、売電といって電力会社に販売されています。このために、家庭から電力会社の配電線に接続する「系統連携」が行われています。


電力会社にとっての問題は、この系統連携が行われると、自社で発電をしている以外の電力が配電網に侵入してくることになるため、配電網全体の電圧や周波数を制御する事が困難になる点です。

そこで、スマートグリッドが登場します。



| 1/3PAGES | >>

◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆

電験1種、電験2種受験生にお勧めのブログです
電力工学の最強レクチャー

電力工学の無料大学
EnergyChord


携帯でも配信中!
メルマガ登録・解除
電気主任技術者試験に合格しよう!
powered by 携帯メルマガ メルモ

「熱計算が必要な方へ」

伝熱計算セミナー



こんな教材は見た事がない!教える事のプロ、予備校物理学講師の田原先生による「理論」のとても分かりやすい解説

メルマガの登録と解除

有料メルマガ「電験3種に合格しよう」の登録案内です。

電験1種坂林和重先生の電気と資格の広場

ブログセンター

calendar

S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
<< June 2018 >>

selected entries

categories

archives

recommend

recommend

links

profile

search this site.

sponsored links

others

mobile

qrcode

powered

無料ブログ作成サービス JUGEM