発電に伴うエネルギー変換

「発電の燃料」と聞いて何を思い浮かべますか？火力発電だと、天然ガスや石炭ですよね。原子力発電ではウランが燃料です。発電では、これら燃料に含まれるエネルギーを、最終的に我々は「電気エネルギー」へ変換しています。

今回は、発電に伴うエネルギー変換についてまとめておきます。

代表例として、火力発電、地熱発電、風力発電、太陽光発電を取り上げます。
それぞれのエネルギー変換過程を、図にまとめています。

火力発電

火力発電は、以下の工程からなります：
1. 燃料を燃やす
＝酸化反応によって原子を組み替えて、反応熱を取り出す
それにより、「化学エネルギー」は「熱」へ変化しています
2. 水を蒸発させる
=水に潜熱・顕熱を与え、気化させる
この状態変化は体積の膨張を伴います。
3. タービンを回す
=蒸気の膨張を利用して、発電機＝タービンが回ります
こうして、タービンは運動エネルギーを獲得し、その回転運動によって発電することで「電気エネルギー」を得ます。

その他の発電

地熱発電は、
1. 地下の熱を組み上げる
によって熱を得ますが、それ以降は火力発電と同じですね。

風力発電は、風の動きを使ってタービンを回し、発電します。

太陽光発電では、「光電効果」と呼ばれる現象を利用して、光の持つエネルギーを電気エネルギーへ変化しています。

各エネルギー変換工程の効率のかけ合わせで、全体の発電効率が決定します。ちなみに原子力は、核分裂に伴うエネルギーを使って水を蒸発させ、タービンを回すことで電気を得ています。