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発電(はつでん)とは、電力以外のエネルギーを電力へ変換すること。

自然界では積乱雲中での発電により雷が発生するほか、地球そのものも巨大な発電機であるとされ、発電された電流によって地磁気が維持されているという。また、動物に発電するものがいくつかある。人工的なものでは電磁誘導の原理を用いた発電機によるものと、それ以外の方法で電気を得る方法がいくつかある。可動部分を持たず、エネルギーを直接変換して直流を得る装置は、特に電池と呼ばれる。

◆発電機による発電

発電機は電磁誘導によって運動エネルギーを電力に変換する装置である。具体的には、コイルに対して磁石を回転させることで電気を発生させる。動力を何から得るかによって以下のように様々な種類がある。

◇反応熱による発電

・火力発電:燃料の持つ化学エネルギーを燃焼により熱に変換し、さらに運動エネルギーに変換して発電を行う。熱から運動を得る方法によりさらに細分される。

  ・汽力発電:熱により水蒸気を作り、蒸気タービンを回すことによる発電。

  ・内燃力発電:気体の膨張により内燃機関を回すことによる発電。

  ・コンバインドサイクル発電: 内燃力発電の排熱で汽力発電を行う発電。

・原子力発電: 核反応によって熱エネルギーを得る発電。運動エネルギーへの変換は、通常は蒸気タービンを用いる。

・核融合発電: 原子核の融合によってエネルギーを得る発電。

◇自然エネルギーでタービン・プロペラを回すことによる発電

・水力発電: 水の位置エネルギー

・地熱発電: 地熱

・太陽熱発電: 太陽光の熱エネルギー

・風力発電: 風の運動エネルギー

・波力発電: 波の運動エネルギー

・潮力発電: 潮の干満差の位置エネルギー

・冷熱発電: LNGの冷熱を利用し、中間熱媒体を液化・循環させる発電方式と、気化した高圧の天然ガスで直接タービンを動かす方法とがある。主に、LNGの受入基地などで用いられる。

・海洋温度差発電

・人力発電: 人間を動力源とする発電。燃料や電池の補給が難しい局面で重宝される。

◆別のエネルギーの電力への直接変換を行う発電

・燃料電池発電: 燃料の化学エネルギーを直接電力に変換することによる発電。部分出力でも発電効率が良い。

・太陽光発電: 太陽光エネルギーを太陽電池で直接電力に変換することによる発電。自然エネルギーでもあるので燃料の購入の必要が無い。

・MHD発電: ファラデーの法則に基づきプラズマなどを用いて発電する。

・熱電変換素子を用いた温度差発電:温泉水と河川水などの温度差を利用して熱電変換素子により発電する。

・振動力発電: 圧電素子と振動板を組み合わせる事により、音や振動のエネルギーを電気エネルギーに変換することによる発電。

◆日本の発電

専ら発電を行う施設を発電所という。日常的な生活の中では、主にここから供給される電気を利用している。それ以外の施設において、発電所によらず発電施設を持つ場合、自家発電という。

2009年1月現在、日本の発電所における総発電容量は234ギガワットである。主な内訳は、水力46ギガワット、火力139ギガワット、原子力47ギガワットである。他に地熱発電、風力発電、太陽光発電などが少量の電力を供給している。資源エネルギー庁 電力調査統計 1-(1) 発電所認可出力表 (平成21年1月)
(1メガワット未満の小発電所は不参入)

それとは別に自家発電による43ギガワットの発電容量があり、その内訳は、水力1.6ギガワット、火力39ギガワット、風力1.5ギガワットである。資源エネルギー庁 電力調査統計 5-(1) 発電所認可出力表 (平成20年9月末)

◆電磁誘導による発電(公式)

電磁誘導による発電は、磁力線を導体が横切る事によって起こる現象であり、得られる出力は以下のように表される。

e=-vBlsinθ

eは起電力[外部リンク]V、vは速度[外部リンク]m/s、Bは磁束密度[外部リンク]Wb、lは横切る導体の長さ[外部リンク]m、θは磁力線からの偏角[外部リンク]radである。

これは、磁力線を長さlの導体が速度v[外部リンク]m/sで横切った時に導体に発生する起電力を求める式である。

この式から、電磁誘導によって大きな起電力e[外部リンク]Vを得るためには

# 磁界を強くする

# 速度を上げる

# 磁力面積を拡大

すればよい事がわかる。

◆発電する生物

生物は細胞膜の性質として膜電位を持つから、すべての生物はわずかながら電気を作っている。しかし一部にはそれを方向をそろえて作り出すことで、より高い電圧を生み出すものがある。

・デンキウナギ

・エレファントノーズフィッシュ

・デンキナマズ

・シビレエイ

・ガンギエイ

◆ 関連項目

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・発電 page1

・発電 page2