火力発電とは (カリョクハツデンとは) [単語記事]

火力発電は重油・ガスなどを利用しボイラーを動かして発電する方法である。日本国の電気の6割はこの方法でつくられている。

概要

火力発電の原理・構造

　火力発電は石油・ガス・石炭といった燃料を燃やし、水を加熱して高温・高圧の蒸気とし、これをタービンに送り込んで発電機を回し、電力を取り出すという原理になっている。ちなみに使われた蒸気はこの後復水路で冷やされて（海水で冷やしている。そのため海岸沿いに位置することが多い）再び水になり、また蒸気になってタービンを回し、・・・・・・と無限ループさせている。

火力発電の種類

汽力発電
　蒸気の膨張力を利用し発電する方法。重油や液化天然ガス・石炭を燃やし蒸気を発生させタービンを回す。低音域（600℃くらい）における熱エネルギーを利用している。火力発電といえば基本的にこれ。外燃機関。
内燃力発電
　ディーゼルエンジンといった内燃機関で発電する方法。離島でよく見られるので行った際に近隣住民の許可を得て見てみよう。内燃機関。
ガスタービン発電
　燃料を燃やしたときに発生する高温・高圧の燃焼ガスを直接タービンに送り込んで発電する方法。かなり高出力なので、電力使用の跳ねあがる夏場によく使用される。小型化しやすいため汽力発電よりも場所をとらず、窒化酸化物・炭化水素の抑制を行いやすいのが利点。内燃機関。
コンバインドサイクル発電
　ガスタービンと蒸気タービンを合わせ発電する方法。ガスタービンを通した燃焼ガスはまだまだ高温であり、その熱量で水を加熱し高温高圧水蒸気にして蒸気タービンに送り込む。このような熱を温度に合わせて多段的に利用することをカスケード利用と呼び、通常の火力発電法よりも同じ量の燃料でかなり多くの電力を得ることができる。発電効率を更に高めた改良型コンバインドサイクル発電方式も研究が進み、最近普及しつつある。
MHD発電
　ファラデーの電磁誘導の法則を用いて発電する方法。効率が良いとされるが、実用化には至っていない。

燃料について

　燃料は多種多様であり、基本的には水を高圧水蒸気に変換できるほどの熱量さえあるなら燃えるゴミでもタイヤでも火力発電の燃料とすることは可能である。ここでは、火力発電の主要な燃料である石油・液化天然ガス・石炭について記述する。

石油
　液体なため3種の中で最も扱いやすいが、燃料単価が高く、輸入先の情勢の変動率がかなり高いので価格変動しやすい。また、日本ではオイルショック以降、石油偏重から脱却する政策の一環として新規石油火力発電所の建造を停止している。
液化天然ガス
 　天然ガスを摂氏-162度に冷却して液体化した可燃性ガスの事。ガスタービン発電やコンバインドサイクル発電ではこの燃料を使う必要がある。また、一たび漏れると極低温の空気より重いガスとなって地上を伝播し、大惨事を引き起こす可能性のある扱いの難しい燃料でもある。
石炭
　埋蔵量がかなり多いので単価が安い。が、石炭と一口にいってもその組成・性質は多種多様で、品質も一定ではない。この品質の不安定さと固体故の扱いにくさから、効率が良く環境負荷の低い燃焼器を設計・製作するのはかなりの難作業である。日本における火力発電の主流。

環境に対する影響について

　火力発電を行う際、避けて通れないのが二酸化炭素・窒化酸化物・硫化酸化物・煤塵の発生である。が、最近はコンバインドサイクル発電といった熱効率の良い発電法の普及により、「普通の火力発電で使う同じ量の燃料から多くの電力を得る」ことが可能になったことが排出量の抑制に繋がっている。また、燃焼器の設計において流体力学・熱力学・燃焼学などの各種学問とシミュレーションを組み合わせることで「高温燃焼が可能で、かつ排出ガスが比較的クリーンな火力発電」が実現しつつある。