✅ この記事でわかること
- 地熱・バイオマス・燃料電池の基本的な仕組み
- それぞれの特徴と試験で出やすいポイント
- 電験三種で押さえるべき数値・キーワード
電験三種の「電力」科目では、火力・水力・原子力・太陽光・風力だけでなく、地熱・バイオマス・燃料電池といった、その他の発電方式も出題されます。
とはいえ、これらの分野は深い計算問題はほぼ出ないので、基本的な仕組みと特徴を押さえておけば大丈夫。この記事では、最低限の知識をサクッと解説します!
💡 この記事のスタンス
試験で頻出する「火力・水力・原子力・太陽光・風力」は別記事で詳しく解説済み。この記事は、その他の発電方式をサッと押さえるための「ライト版」です!
目次
🔥 地熱発電｜地球のマグマ熱で発電
📖 地熱発電とは?
地熱発電とは、地下のマグマの熱で生成された蒸気を使ってタービンを回して発電する方式。
火力発電と同じく「蒸気→タービン→発電機」という流れですが、燃料を燃やす代わりに地球の内部熱を利用するのが特徴です!
⚡ 地熱発電の仕組み
- 地下数km〜数十kmにマグマが存在
- 地下水がマグマ熱で加熱され、高温・高圧の蒸気になる
- 地熱井(ちねついど)を掘り、蒸気を地上へ取り出す
- 蒸気でタービンを回転させて発電
- 使用後の蒸気は冷却・凝縮して地下へ還元
✅ 地熱発電の特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 燃料 | 地熱(マグマの熱) |
| CO₂排出 | ほぼゼロ(クリーンエネルギー) |
| 出力の安定性 | 非常に安定(24時間連続運転可能) |
| 設備利用率 | 70〜80%(太陽光の約3倍!) |
| 立地制約 | 火山地帯のみ(日本には有利) |
| 主な設置場所 | 九州(大分・鹿児島)、東北、北海道 |
💡 試験で狙われるポイント
- 燃料不要・CO₂排出ほぼゼロ
- 出力が安定(太陽光・風力と違い24時間運転)
- 設備利用率70〜80%と高い
- 立地制約あり(火山地帯限定)
🌿 バイオマス発電｜廃棄物を燃料に変える
📖 バイオマス発電とは?
バイオマス発電とは、動植物由来の有機物(バイオマス)を燃料として発電する方式。
「バイオマス」とは、木材チップ・農業廃棄物・食品廃棄物・家畜糞尿・下水汚泥など、生物由来の資源全般を指します。
⚡ バイオマス発電の仕組み
- バイオマス燃料をボイラーで燃焼
- 発生した熱で水を加熱→蒸気を発生
- 蒸気でタービンを回転させて発電
- 火力発電とほぼ同じ仕組み(燃料が異なるだけ)
✅ バイオマス発電の特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 燃料 | 木材チップ、農業廃棄物、食品廃棄物など |
| CO₂排出 | カーボンニュートラル(実質ゼロとみなされる) |
| 出力調整 | 可能(需要に合わせて燃料投入量を変更できる) |
| 廃棄物利用 | 廃棄物の有効活用(循環型社会に貢献) |
| 課題 | 燃料の安定調達、収集・運搬コストが高い |
💡 カーボンニュートラルとは?
バイオマスは燃やせばCO₂を排出しますが、その植物が成長時にCO₂を吸収しているため、差し引きゼロ(=カーボンニュートラル)とみなされます。
💡 試験で狙われるポイント
- カーボンニュートラル(CO₂実質ゼロ)
- 廃棄物を有効活用(循環型社会)
- 出力調整が可能(火力発電と同じ)
- 燃料の安定調達が課題
⚡ 燃料電池発電｜水素と酸素で直接発電
📖 燃料電池とは?
燃料電池とは、水素(H₂)と酸素(O₂)を化学反応させて、電気を直接取り出す装置。
火力発電のように「熱→蒸気→タービン→発電」という複雑なプロセスは不要。化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため、効率が高いのが特徴です!
⚡ 燃料電池の仕組み
🔋 燃料電池の反応式
2H₂ + O₂ → 2H₂O + 電気 + 熱
(水素と酸素が反応して、水と電気と熱が発生)
- 水素(H₂)を燃料極(負極)に供給
- 酸素(O₂)を空気極(正極)に供給
- 電解質を介してイオン交換が起こり、電子が移動
- 電子の流れ = 電流が発生!
- 副産物として水(H₂O)と熱が発生
✅ 燃料電池の特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 燃料 | 水素(H₂) |
| 発電効率 | 40〜60%(火力発電より高い) |
| CO₂排出 | 完全にゼロ(副産物は水のみ) |
| 騒音・振動 | 極めて小さい(タービン不要) |
| 排熱利用 | 可能(給湯・暖房に利用 = コージェネレーション) |
| 用途 | 家庭用(エネファーム)、業務用、自動車(FCV) |
| 課題 | 水素の製造・貯蔵・輸送コストが高い |
💡 エネファームとは?
「エネファーム(ENE-FARM)」は、家庭用燃料電池システムの商品名。都市ガスやLPガスから水素を取り出して発電し、排熱を給湯に利用します(=コージェネレーション)。
💡 試験で狙われるポイント
- 化学反応で直接発電(タービン不要)
- 発電効率40〜60%(火力より高い)
- CO₂排出ゼロ(副産物は水のみ)
- 騒音・振動が極めて小さい
- 排熱利用可能(コージェネレーション)
📊 3つの発電方式を比較
| 項目 | 地熱発電 | バイオマス発電 | 燃料電池発電 |
|---|---|---|---|
| 燃料 | 地熱(マグマ) | バイオマス(廃棄物等) | 水素(H₂) |
| 発電効率 | 10〜20% | 20〜30% | 40〜60% |
| CO₂排出 | ほぼゼロ | カーボンニュートラル | 完全にゼロ |
| 出力の安定性 | 非常に安定 | 調整可能 | 安定 |
| 設備利用率 | 70〜80% | 60〜70% | — |
| 立地制約 | 火山地帯限定 | 燃料調達次第 | ほぼなし |
| 主な特徴 | 24時間安定運転 | 廃棄物有効活用 | 高効率・低騒音 |
📚 まとめ|この3つの発電方式を押さえよう
✅ 試験で押さえるべき3つのポイント
- 地熱発電: 出力安定・設備利用率70〜80%、立地は火山地帯限定
- バイオマス発電: カーボンニュートラル・廃棄物利用、出力調整可能
- 燃料電池発電: 効率40〜60%・CO₂ゼロ、化学反応で直接発電
この3つの発電方式は、火力・水力・原子力・太陽光・風力に比べると出題頻度は低めですが、基本的な特徴は必ず覚えておきましょう。特にCO₂排出ゼロや出力の安定性といったキーワードは、選択肢の判別に役立ちます!
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この記事が、あなたの電験三種合格への一歩になれば嬉しいです。その他の発電方式もサクッとマスターして、得点源を増やしましょう! ⚡✨