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馬場正博: 元IT屋で元ビジネスコンサルタント。今は「A Thinker(?)]というより横丁のご隠居さん。大手外資系のコンピューター会社で大規模システムの信頼性設計、技術戦略の策定、未来技術予測などを行う。転じたITソリューションの会社ではコンサルティング業務を中心に活動。コンサルティングで関係した業種、業務は多種多様。規模は零細から超大企業まで。進化論、宇宙論、心理学、IT、経営、歴史、経済と何でも語ります。

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自然エネルギーに未来はあるのか
Windmillsfarm.jpg

自然エネルギーという言葉は英語には存在しません(少なくとも私の知る限り)。Natural energyと言っても多分通じず、Renewable energyの方が一般的です。

Renewable energyの方は日本にも再生可能エネルギーという言葉がありますが、舌を噛みそうになるせいか、自然エネルギーの方が日本では広く使われているようです。

「自然」エネルギーというと石油だってウランだって自然から取り出したものだと言う人もいるのですが、「再生可能」なエネルギーというのは物理学のエネルギー保存の第一法則に違反しますし、使ってしまったエネルギーをどこかで回収してまた使おうとすると今度は第二法則のエントロピー増大の法則に違反します。

つまり「再生可能」なエネルギーなどこの世の中には存在しません。、太陽光や風のように使い減りのまったくしない太陽エネルギーを使えば、いつまでたってもなくならないという意味として「再生可能」と言う言葉を使っているわけです。

「再生可能」には、タダ同然、いや文字通りタダのエネルギーという意味合いが込められています。実際、自然エネルギーを使うことで電気はタダでいくらでも作れると思っている人も沢山います。

しかし、自然エネルギーはタダではありませんし、そして多分あんまりエコでもありません。もし本当にタダ同然なら原発の代替エネルギーどころか、とっくの昔にエネルギーの主役になっていたはずです(確かに化石燃料の大量消費が始まる前は自然エネルギーだけが人類の使えるエネルギーでした)。現実はそうではありません。なぜなのでしょうか。

自然エネルギーは低密度

地熱発電のようなものを除けば、自然エネルギーと呼ばれるものは、太陽光そのものだけでなく、風力、波、バイオ燃料など全て太陽のエネルギーが元になっています。

地球に降り注ぐ太陽のエネルギーは莫大で、全体では人類の消費エネルギーの1万倍にもなります。そのうち太陽光発電に利用可能なものは0.5%以下と言われていますが、それでも人類の必要なエネルギー量の50倍以上に達します。

量的には無尽蔵と言って良い自然エネルギーなのですが、エネルギー密度という点では極めて希薄です。火力や原子力は非常に高い温度を作り出して効率的に電気を取り出しますが、太陽光はそのままでは布団を乾かすことくらいにしか使えません。

自然エネルギーを利用するために希薄なエネルギーを掻き集めて高密度にする必要があります。自然エネルギーが元手いらずでエネルギーが手に入るはずなのに、いつまでたっても高コストと言われる最大の理由は、低密度エネルギーを高密度エネルギーに変える手間が大変だからと言えます。

エネルギーを低密度のまま利用できないわけではありません。布団を乾かすのはともかく、植物の光合成のように希薄な太陽エネルギーを効率的に化学エネルギーに変換することができれば、わざわざエネルギーを高密度にする必要はなくなります。

化石燃料は長い時間をかけて植物が光合成で集めたエネルギーを一気に使ってしまう手段です**。 バイオ燃料(と気取らなくても薪ストーブでも)も植物に低密度エネルギー掻き集める作業をさせていますが、太陽光発電や風力発電のように人間が同じ作業をしようとすると、元がタダだからタダとはなかなかいかないのです。

** これには異説があり、石油や天然ガスは生物由来でなく、地質内で生成されたという「石油自然発生説」を唱える科学者もいます。

広大な面積を必要とする

低密度のエネルギーを集めるには、とにかく広い面積が必要となります。原子力は10万平方メートルあれば100万kWの発電所を作ることができますが、その5百分の1の発電量の風力発電のための風車は1基で5万平方メートルを必要とします。

100万kWの発電量を得るためには5百万平方メートルの設置場所はいることになります。しかも風力発電の場合は一定以上の風が年間を通してどれくらい吹いてくれるかということが経済性の観点では決定的に重要です。どこにでも設置して良いわけではありません。

2千kWで5万平方メートルというのは、風力発電の稼働率が100%としての話です。実際には立地条件のかなり良い場所でも20%がやっと。100万kWの電力を得るためには100平方キロ以上、山手線の5割増しくらいの面積が必要になるでしょう。

巨大な設置面積が必要なのは太陽光発電も同様です。地図で見るとサハラ砂漠の点のような小さなところに太陽光発電のパネルを敷き詰めれば、ヨーロッパ中に電気をまかなえるという計算もありますが、砂漠でもない平地を大量に利用すればコストは高くなります。

もっとも広い土地が必要と言っても、日本中の原発全てを風力発電で置き換えるのに必要な面積は千葉県に匹敵する5,000平方キロくらい、日本全土の1.5%ほどです。設置が不可能とは必ずしも言えません。

しかし、実際に設置するとなると風の安定性や人家から離れていることなど、条件は厳しくなります。山のすそ野に設置することもありますが、保守を考えれば(稼働部分の多い風車は保守は送電線などと比べずっと頻繁にしなくてはいけません)、あまり人里離れた所にバラバラに設置することは効率的ではありません。

陸がだめなら洋上にと考えても、保守は一層難しくなる上に、海面も漁業権があり、風がよければどこでも勝手に設置できるわけではありません。少なくともそんなに簡単に設置場所を確保はできないということは理解しておくべきです。

安定性が低い

太陽光はお日様まかせ、風車は風まかせですから年間を通じて安定した電力を作り出すことは困難と言うより不可能です。安定性の低さは送電網に接続する時に問題となり、電気の品質を重視する日本の電力会社には受け入れにくいものです(自社の発電を優先するための陰謀という見方もありますが、陰謀論の真偽より技術的問題は否定できないものがあります。

もっとも安定性に関しては全国にくまなく風車を配することで平準化は大分できることにはなります。しかし、平準化ができても電力の生成は需要と無関係に行われるので、風力だけでなく重要との調整能力は他の電源と組み合わせることがどうしても必要になります。

平準化や需給バランスの調整のために電池を使うことは考えられます。しかし、現在の電池はまだコスト的に既存電力と競争するのは相当時間がかかると思われます。

とは言え、電池の進歩は技術により今後大幅なものが期待できます。もしかすると風車を利用した自家発電装置ができるくらいまでにはなるかもしれません。ただ、これは未来の技術に属する話です。現在の技術レベルでは不安定な自然エネルギーを補えるほど効率の高い電池は作ることができません。

案外エコではない

自然エネルギーとエコはほとんど同義語と思っている人は多いでしょう。もしかすると大部分かもしれません。しかし、低密度の自然エネルギーを掻き集めるために、自然に広く干渉することが自然に影響を与えないはずがありません。

風車は住居との距離が数百メート程度では騒音が問題となります。距離がさらに近くなると人間の耳には聞こえない低周波による健康被害が出ることが報告されています。

人間は音の被害ですが、鳥たちにとっては命の問題になります。風車の多数の鳥が死んでいるのは風車が希少な鳥が住む地域に設置された場合はさらに深刻です。

太陽光パネルも家の屋根に取り付けるのであれば関係ありませんが、広大な面積を太陽光パネルで覆ってしまうとその下の生物には致命的な被害を与えます。これはサハラ砂漠のような生物のあまり住んでいないような地域ですら問題となるほどです。

環境への悪影響は地熱発電(こちらは太陽光由来ではありませんが)でもあります。温泉地帯で地熱発電を行うことで硫黄など有害物質が地上に噴出する危険もありますし、日本の場合は地熱発電の好立地は大部分国立公園内ということもあります。

しかも地熱発電は付近の温泉を枯渇させるような深刻な事態も引き起こします。温泉好きの日本人には地熱は電力より温泉として利用するのがいちばんかもしれません。

自然エネルギー源として最大でもあまり語られることのない水力発電は生態系に与えるダメージは相当なものがあります。しかもダムは年月を経ると次第に埋まっていくという問題があります。「再生可能」エネルギーとは言いずらい状況です。

国による差が大きい

自然エネルギーは広大な面積を必要とし自然条件に大きく左右させられるため、地理的条件が自然エネルギーには大きく関係します。石油が産油国に偏って存在するように、自然エネルギーに富んだ国と富まない国があるのです。

この点日本はあまり自然エネルギーに恵まれているとは言えません。国土が狭く大分部が山間地の日本は太陽光発電にも風力発電にもあまり適していないのです。この点では広大なアメリカや中国のような大国は有利です。

アメリカには砂漠地帯に数千基の風車を並べたようなWindmill farm(風車農場)と呼ばれる風車の大集合地帯は何箇所かあります。住民への騒音被害も心配なく、規模の利益で設置も保守も送電も効率的に行えます。残念ながら日本にはそんな土地はありません。

電気は輸入も輸出もできません(ヨーロッパのような地続きであれば可能ですが)、地理的条件も同じです。自然エネルギー全盛の世界になると日本はかなり苦境になる懸念があります。日本で安く豊富な自然エネルギーが得られなければ、産業が生き残るのは困難です。

未来はどうなる

ホモサピエンスが登場して20万年、農業が始まって1万年になります。文明の歴史は5千年程度に過ぎません。それでも石油資源の確認埋蔵量は40年分程だとか、石炭でも200年程度ということから比べれば永遠にも等しい長さです。

高速増殖炉ができてもウランが1千年もつかどうかは疑問です。核融合を実現しない限り、天然資源頼りではエジプト王朝に匹敵するような長さで人類文明は続けることができません。

自然エネルギーは人類文明を永遠とは言わないまでも、せめて農業の始まりから今までの1万年程度は永らえさせるためには必須の技術と言えます。しかし、多くの困難(その根本は低密度エネルギー濃縮の難しさになりますが)を乗り越えない限り、自然エネルギーで今のレベルの文明を維持することはとても簡単とは言えません。

将来世界の人口が現在の2倍程度には増加し、その人々がより高い生活水準を求めるようになることを考えると自然エネルギーにあまり大きな期待はできそうにもありません。

私は少なくとも向こう100年は自然エネルギーが主役になることはないだろうと思っています。原発はもう命脈が尽きているのかもしれません。しかし、新幹線が止まっても、徒歩で東京から大阪まで行こうと言う人はいないでしょう。自動車?自転車?それとも飛行機?現実は夢見るほどには簡単ではないようです。
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この記事に対するコメント
要は使いようです
馬場さん、低密度で良いのです。殆どの用途においては。

風呂の湯は40度そこそこ、家の暖房は20数度、お湯を沸騰させるには100度。生活用途でも産業用途でも、だいたいの用途はタービンを回すのに必要な100度でまかなえるのです。原発の高温は必要ないですよね。

多くの場合100度以上は無駄な熱です。無駄に作った高温は、どこかに捨てなければなりません。つまり廃熱です。原発ほど廃熱の多い発電方法はありません。原発が海沿いにあるのは、膨大な廃熱を水に移して海に捨てるためにある訳です。

放射能漏れの前に、熱汚染を引き起こしていたのですね。温暖化と誤認されている事象の多くは、廃熱によるヒートアイランド現象と熱汚染ですが、原発の熱汚染=エネルギーロスがその一因であることは故意に隠され、あまり知られていません。

再生可能エネルギー(だからといって永久機関というわけではないですよ・・笑)は、低密度で分散可能なものが多いため、原発ほどの廃熱がありませんし、取回しが相対的に容易です。

適材適所、適熱適用、その決め細やかな使い分けと制御技術がスマート(知的)なのです。むしろ低密度どころかエントロピー増大に向かう揺らぎの中からエネルギーを汲み出す、そんな技術が真に知的な技術なのです。
密度が高ければいいというものではありません。逆に人が制御し得ない原発の高熱は、知性の欠如、愚昧の象徴です。

人の間尺というのはこういうことです。毒と薬の関係と同じですね。あなたは毒を薬と勘違いしています。
【2011/05/18 23:50】 URL | まんも #- [ 編集]

自然エネルギーについて勉強しましょう
【風車の騒音、低周波、出力、安定性、鳥の巻き込み】
形状を変えることなどの技術革新で、殆どが解決されています。旧式のものと入れ替えた場合、使用済み核燃料のように10万年も地下に埋めておく必要もありません。

【風車に必要な土地】
日本の土地でも十分賄えます。当の東京電力が試算しています。

【地熱発電】
そもそも、何万人もの、他に置き換えがきかない命がガンや白血病で苦しんで死ぬ危険、不妊・奇形・遺伝病のリスクと、代替可能な温泉が枯渇するかもしれないリスクを同列に比較しますか?

・・・・もうやめます。もっともらしい極端なことが書いてあるからついつい反応してしまいましたが、反論しようと良く読んでみると、あなたの言説の殆どが思いつきレベルであることに気がついたから。
【2011/05/19 00:21】 URL | まんも #- [ 編集]

Re: 自然エネルギーについて勉強しましょう
コメントにコメントすることはあまりしないのですが、一応。

記事の核心は低密度のエネルギーを集めるというコストが克服できるかということです。100度もあればだいたいの用は足りるとはいっても、それは暖房のようなもので例えばシリコン精製には電気というもっと高品質(低エントロピーと言い変えられます)のエネルギーが必要です。

低密度の自然エネルギーがどこまで使い物になるかは技術と経済性、それに環境の問題ですから、現在のようなごく補助的なものでなく、もっと本格的なエネルギー源に成長することで証明するしかありません。まだ証明は到底出来ていないというのが私の趣旨です。

なお、原発の温排水が環境に有害という確たる証拠はありません(ないという傍証、論証は沢山ありますが)。



> 【風車の騒音、低周波、出力、安定性、鳥の巻き込み】
> 形状を変えることなどの技術革新で、殆どが解決されています。旧式のものと入れ替えた場合、使用済み核燃料のように10万年も地下に埋めておく必要もありません。
>
> 【風車に必要な土地】
> 日本の土地でも十分賄えます。当の東京電力が試算しています。
>
> 【地熱発電】
> そもそも、何万人もの、他に置き換えがきかない命がガンや白血病で苦しんで死ぬ危険、不妊・奇形・遺伝病のリスクと、代替可能な温泉が枯渇するかもしれないリスクを同列に比較しますか?
>
> ・・・・もうやめます。もっともらしい極端なことが書いてあるからついつい反応してしまいましたが、反論しようと良く読んでみると、あなたの言説の殆どが思いつきレベルであることに気がついたから。
【2011/05/19 05:52】 URL | RealWave #- [ 編集]

無題
私は馬場氏の説に賛成します。
自然エネルギーを高密度化しようとすれば、そのための装置や設備を作るために、自然エネルギー以外のエネルギーと資源を大量に使います。これがそもそもよくない。
エネルギー源を何に求めるかではなく、発電方式を何にするかを考えたほうが現実味があります。
現代社会で使われているエネルギーのほとんどは電気にその役目を負わせることが可能です。民生部門では全て電気にしても多分不都合は起きません。
スマートグリッド(コロニー化)の実現を図る発電・送電のシステムを考えるほうが現実的で、且つ省資源になるはずです。

実際、近年の燃料電池技術はかなり進んでおり、その気になれば人口10万人程度を一単位とする小規模発電所の建設は出来るはずです。
巨大な送電・変電設備も不要ですし、何より災害時の被害範囲が限定的になるのが魅力です。
【2011/05/19 12:51】 URL | 朝田貴博 #4JcWZNxE [ 編集]


この記事を読む限りでは地熱発電が一番良いように感じます。国立公園は残念ですが諦めるしかないですし、温泉など、いいです別に、全温泉が日本から完全になくなるわけでもないし。電池の技術はかなり成果を上げてきております。ただ、これも希土類が必要ですので”自然エネルギー”でもないわけなのですね。地熱でいいです、ほんと、硫黄吹き出てもいいので。原子力はもう懲りましたし、疲れました。
【2011/05/19 20:41】 URL | ベトナム株投資 #XzNY5sGc [ 編集]


馬場氏の指摘は30年前にやった議論の蒸し返しで、
当時から(補助にはなっても)主流にはなり得ないと常々言われていたし、
雨が降らなかったり風が吹かなかったららどうするの?
という単純な問いにすら再生エネルギー推進派答えてこなかった。
その点孫正義氏は「その時は火力で」って明言したから、大分マシなほう。

率直に言って電池にはまだまだイノベーションの可能性が残ってるけど、
そんな程度の未来の妄想話でいいなら原子力だって一緒。
自分は原発推進でも反原発でもないけど、今回の一件は反原発派の
政治へのすり替えと陰謀論が酷くてどこも議論になってない。
【2011/05/20 12:52】 URL | alpha #mQop/nM. [ 編集]


昨年、デンマークに出張に行ったとき、コペンハーゲンの上空から大規模な海洋発電所を見下ろす機会に恵まれた。さすがヨーロッパ、北欧、こんなにも進んでいるのかと圧巻。今回の原発惨事の起こる前のことで、目から鱗だった。

野村武夫著「ノーマライゼーションが生まれた国・デンマーク」という本がある。これは障がい者福祉がデンマークでどのように行われているのか知るために買った本だが、この本の第5章(55~71ページ)には、「大胆なエネルギー政策と環境保護」というトピックについて書かれている。この冒頭には、「デンマークは1985年に原子力発電計画を放棄」(狭い国土にどうやって核廃棄物を保管するのか、というのが理由←日本も同じじゃね?)とあり、その後風力発電や再生可能エネルギーへの転換を図った、とある。

デンマークは500万強の人工で、日本の人口の1/4なので規模の面で単純な議論はできないが、電力は地域ごとに解決すべき課題であり、その意味では参考にはなると思う。

この本のデータは少し古いが、それでも電力だけなら20%弱はカバーしているとのこと。再生可能なエネルギーへに疑問を呈す人をネットでよくみかけるんだけど、まずはデンマークに視察に行ってみてくださいよ。


あと、カリフォルニアに住んでるけど、風力発電所は小高い山の上に作られてるのを2ヶ所知ってる。こういうの見ると「アメリカには砂漠地帯に数千基の風車を並べたようなWindmill farm(風車農場)と呼ばれる風車の大集合地帯は何箇所かあります。住民への騒音被害も心配なく、規模の利益で設置も保守も送電も効率的に行えます。」というのは、ちょっと正確じゃないかなと思う。

要は、日本人って世界がどうなってるか知らないだけなんじゃないかと。
【2011/05/23 10:36】 URL | yas #- [ 編集]

Re: タイトルなし
デンマークが風力に熱心に取り組んてきた努力は認めるべきですが、日本と比べると平野が多く風に恵まれており風力資源が豊かだという事情の違いがあります。また、風力の問題である平準化でも地続きであることで他国の電力を融通してもらえる有利さもあります。

アメリカに日本ではとても実現できないようなWindmill Farmがいくつもあるのは紛れもない事実で、当然これは国土の広さ形状のたまものです。

正確な予測はできませんが、日本では風力発電が数%になれば(それでも現在の数十倍です)良くやったということではないかと思います。ブログでも書きましたが風力資源も石油同様編材しているのです。

> 昨年、デンマークに出張に行ったとき、コペンハーゲンの上空から大規模な海洋発電所を見下ろす機会に恵まれた。さすがヨーロッパ、北欧、こんなにも進んでいるのかと圧巻。今回の原発惨事の起こる前のことで、目から鱗だった。
>
> 野村武夫著「ノーマライゼーションが生まれた国・デンマーク」という本がある。これは障がい者福祉がデンマークでどのように行われているのか知るために買った本だが、この本の第5章(55~71ページ)には、「大胆なエネルギー政策と環境保護」というトピックについて書かれている。この冒頭には、「デンマークは1985年に原子力発電計画を放棄」(狭い国土にどうやって核廃棄物を保管するのか、というのが理由←日本も同じじゃね?)とあり、その後風力発電や再生可能エネルギーへの転換を図った、とある。
>
> デンマークは500万強の人工で、日本の人口の1/4なので規模の面で単純な議論はできないが、電力は地域ごとに解決すべき課題であり、その意味では参考にはなると思う。
>
> この本のデータは少し古いが、それでも電力だけなら20%弱はカバーしているとのこと。再生可能なエネルギーへに疑問を呈す人をネットでよくみかけるんだけど、まずはデンマークに視察に行ってみてくださいよ。
>
>
> あと、カリフォルニアに住んでるけど、風力発電所は小高い山の上に作られてるのを2ヶ所知ってる。こういうの見ると「アメリカには砂漠地帯に数千基の風車を並べたようなWindmill farm(風車農場)と呼ばれる風車の大集合地帯は何箇所かあります。住民への騒音被害も心配なく、規模の利益で設置も保守も送電も効率的に行えます。」というのは、ちょっと正確じゃないかなと思う。
>
> 要は、日本人って世界がどうなってるか知らないだけなんじゃないかと。
【2011/05/23 15:58】 URL | RealWave #- [ 編集]


>生活用途でも産業用途でも、だいたいの用途はタービンを回すのに必要な100度でまかなえるのです。

発電所の蒸気タービンは100度でまかなえますか。????
もっともらしく書いてますが
なぜ乾燥した蒸気が必要か、少しお勉強してから書いてください。
【2011/05/25 20:55】 URL | よいしょ #- [ 編集]

蒸気タービン 超臨界水でも使うんですか?
蒸気タービン?旧式の汽力発電ですね・・・
コンバインドサイクルなんか、1700℃級高効率ガスタービンで熱効率65%程度を確保していますよ。ヤットコサですが。
【2011/05/27 00:47】 URL | どっこいしょ #g2nHWTqk [ 編集]

原発の廃熱量
ブログ主様

原発は100万kwあたり一日広島原爆の四発分のエネルギーを出します。
そのうち三割しか使えないのですから、原爆三発分を捨てています。

これ程の無駄はないと思いますし、環境に無害と思う人はいないと思います。
【2012/09/25 16:01】 URL | 陸 #- [ 編集]


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