発電所とは何か (& 発電所の種類)

発電所とは何か

発電所（発電所または発電施設とも呼ばれる）は、大規模な電力の生成と配布を行う工業的な場所です。多くの発電所には1つ以上の発電機があり、これは機械的な力を三相交流電力に変換する回転機械です（これらはまた、オルタネータとも呼ばれます）。磁界と導体との相対的な運動により、電流が生じます。

これらの発電所は一般的に、都市や負荷中心地から数キロメートル離れた郊外に位置しています。これは、広大な土地と水の需要、廃棄物処理などの運軶制約によるものです。

このため、発電所は効率的な電力生成だけでなく、その送電にも注意を払う必要があります。これが理由で、発電所はしばしばトランススイッチヤードと共に配置されます。これらのスイッチヤードは、送電電圧を上げることで、長距離での効率的な送電を可能にします。

発電機のシャフトを回すために利用されるエネルギー源は非常に多様であり、主に使用される燃料によって決まります。燃料の選択が、私たちが呼び名とする発電所の種類を決定し、これがさまざまなタイプの発電所の分類方法となります。

発電所の種類

異なる種類の発電所は、使用される燃料の種類によって分類されます。大量の電力生成のために、火力、原子力、および水力は最も効率的です。発電所は、上記の3つの主要なタイプに大きく分類することができます。これらの発電所の詳細を見てみましょう。

火力発電所

火力発電所または石炭火力発電所は、比較的高い効率で電力を生成する最も一般的な方法です。石炭を主燃料として使用し、水を過熱蒸気に沸騰させ、蒸気タービンを駆動します。

蒸気タービンは、オルタネータのローターに機械的に連結され、その回転により電力が生成されます。インドでは通常、揮発成分が8〜33%、灰分が5〜16%のビチュミノスコールまたはブラウンコールがボイラーの燃料として使用されます。発電所の熱効率を高めるために、石炭は粉砕された状態でボイラーに使用されます。

石炭火力発電所では、粉砕された石炭を燃焼させて蒸気ボイラー内で非常に高圧の蒸気を得ます。この蒸気はさらにスーパーヒーターで極めて高温に加熱されます。この超高温蒸気はタービンに導入され、蒸気の圧力によってタービンブレードが回転します。

タービンは、タービンブレードの回転とともにオルタネータのローターが回転するように機械的に連結されています。タービン内に入ると、蒸気の圧力が急激に低下し、それに伴って蒸気の体積が増加します。

タービンローターにエネルギーを与えた後、蒸気はタービンブレードからタービンの蒸気コンデンサーに導かれます。コンデンサーでは、ポンプを使用して常温の冷水が循環され、低圧湿蒸気が凝縮されます。

その後、この凝縮水は低圧給水ヒーターに供給され、低圧蒸気によって温度が上昇します。さらに高圧で加熱されます。これが火力発電所の基本的な動作原理です。

火力発電所の利点

• 使用される燃料である石炭は比較的安価です。

• 他の発電所と比較して初期コストが低いです。

• 水力発電所と比較して必要なスペースが少ないです。

火力発電所の欠点

• 煙や排ガスにより大気汚染が発生します。

• 水力発電所と比較して運転コストが高いです。

原子力発電所

原子力発電所は、火力発電所と多くの点で似ています。ただし、ここでの例外は、ウランやトリウムなどの放射性元素が石炭の代わりに主燃料として使用されることです。また、原子力発電所では、炉とボイラーが核反応炉と熱交換管に置き換えられます。

原子力発電の過程では、放射性燃料が核反応炉内で核分裂反応を起こします。この核分裂反応は制御された連鎖反応として進行し、空前の量のエネルギーが発生します。これは熱の形で現れます。

この熱は、熱交換管内の水に移されます。その結果、非常に高温の超高温蒸気が生成されます。蒸気形成の過程が完了したら、残りの過程は火力発電所と全く同じで、この蒸気はタービンブレードを駆動して電力を生成します。

水力発電所

水力発電所では、落ちる水のエネルギーを利用してタービンを駆動し、それが発電機を回して電力を生成します。地球表面に降った雨は、海に向かって流れているときに潜在エネルギーを持っています。このエネルギーは、水が相当な垂直距離を落下するときに軸作業に変換されます。したがって、水力発電は自然に利用可能な再生可能エネルギーであり、以下の式で表されます：
P = gρ QH
ここで、g = 重力加速度 = 9.81 m/sec 2
ρ = 水の密度 = 1000 kg/m3
H = 水の落下高。
このパワーは、オルタネータの軸を回転させて、それと同等の電気エネルギーに変換するために使用されます。
重要な点として、水力発電所は、火力や原子力発電所と比較して、格段に低い容量であることが挙げられます。

このため、水力発電所は一般に、ピーク時間帯の負荷に対応するために火力発電所と組み合わせて運用されます。これにより、火力や原子力発電所がピーク時間帯に効率的に電力を供給できるよう支援します。

水力発電所の利点

• 燃料不要で、水を使って電気エネルギーを生成します。

• 清潔で環境に優しいエネルギー生成です。

• 構造が単純で、メンテナンスも少なくて済みます。

• 灌漑や洪水防止にも役立ちます。

水力発電所の欠点

• ダム建設により資本コストが高いです。

• 水の可用性は天候条件に依存します。

• 発電所は山岳地域にあるため、送電コストが高いです。

発電方式の種類

上述のように、使用される燃料の種類によって、発電所および発電方式が分類されます。したがって、大規模な発電方式の3つの主要な分類は以下の通りです：

1. 火力発電

2. 原子力発電

3. 水力発電

これらの主要な発電方式以外にも、個別の需要に対応するための小規模な発電技術もあります。これらはしばしば代替方法または非従来型のエネルギー発電と呼ばれ、以下のように分類されます：

1. 太陽光発電。（利用可能な太陽エネルギーを利用）

2. 地熱発電。（地殻に存在するエネルギーを利用）

3. 潮力発電。

4. 投げ銭