2015年に気候変動という環境問題に対しての国際的な協定で、世界の気温上昇を2度未満に抑えようという「パリ協定」が結ばれました。日本は2030年までに遂行する温室効果ガスの削減目標などを掲げています。
この目標を達成するために必要な一つが「再生可能エネルギー」です。再生可能エネルギーには様々な種類があり、今も開発が進み増え続けています。今回は再生可能エネルギーの種類について解説します。
再生可能エネルギーとは
再生可能エネルギーとは、原油や可燃性ガスや石炭などの化石エネルギー源ではない、資源が枯渇せず繰り返し使え、発電時や熱利用時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素をほとんど排出しない優れたエネルギーのことです。
2009年7月1日に定められたエネルギー供給事業者による非化石エネルギー源の利用及び化石エネルギー原料の有効な利用の促進に関する法律によると、非化石エネルギー源のうち、エネルギー源として永久的に使用することができると認められているエネルギーを再生可能エネルギー源として定めています。
再生可能エネルギーは採れる場所が限られる化石燃料とは違い、自然のエネルギーを利用するため、海外からの輸入に頼ることなく国内での生産も可能です。
日本は発電に使用するほとんどの資源を海外からの輸入に頼っており、特に東日本大震災後、エネルギー自給率は10％を下回りました。
再生可能エネルギーは国産のエネルギー源であるため、エネルギー自給率の改善にも寄与することが可能です。
再生可能エネルギーは世界が掲げている脱炭素化に貢献できるエネルギーとして、大きな注目を集めています。
再生可能エネルギーのメリット・デメリット
再生可能エネルギーのメリット・デメリットは以下の通りです。
再生可能エネルギーのメリット
再生可能エネルギーのメリットは次のようになります。
・基本的にどこでもエネルギー源を調達できる
・資源が枯渇しない
・永久にエネルギーを生み出せる
・エネルギー自給率の向上につながる
・発電時に温室効果ガスを排出しないから環境にやさしい
再生可能エネルギーのデメリット
再生可能エネルギーのデメリットは次のようになります。
・発電機器の導入費用が高く時間がかかる
・系統に繋げない可能性がある
・天候や季節、設置する環境によって発電量が左右される
・需要と供給のバランスが崩れると、大規模な停電などが発生するおそれがある
再生可能エネルギーの種類
再生可能エネルギーの種類は以下の通りです。
・太陽光発電
・風力発電
・水力発電
・バイオマス発電
・地熱発電
・太陽熱利用
・雪氷熱利用
・温度差熱利用
・地中熱利用
太陽光発電
1つ目が「太陽光発電」です。
太陽光発電は太陽光発電パネルに太陽光エネルギーが当たることで電力が生まれます。
太陽光がエネルギーですので、日当たりがよければ場所を選ばずに発電することができます。
屋根だけでなく、壁や土地の空いている所、ビルの屋上などに太陽光パネルを設置し、作った電力を工場や会社で使うことができます。
また、送電設備のない場所での電源として使用可能であり、災害時の非常用電源として一般家庭にも普及が広まっています。
しかし、エネルギー源には太陽光が必要なため、天候に左右され、夜間や日照不足の日に安定した電力を供給するにはどう対応するかが課題となります。
導入初期費用もまだまだ高いため、普及を進めるためにはさらなる低コスト化が求められるでしょう。
風力発電
2つ目が「風力発電」です。
風力発電は、風車を使って風のエネルギーを運動エネルギーに変換し、その力で電力を生み出します。
再生可能エネルギーの中でもエネルギー変換効率が高く、規模によっては火力発電並みの発電コストの削減が可能です。
使用するエネルギーが風のため、風があれば陸上、洋上や日中、夜間といった、環境や時間を問わずに発電することが可能です。
日本国内の導入は欧米の国に比べると遅れているものの、2000年以降は着実に増えつつあります。
しかし、風力発電は風に左右されるため、安定的にエネルギーを供給するのは難しいです。
水力発電
3つ目が「水力発電」です。
水力発電は、水を高いところから低いところへ向けて勢いよく流し、そこに設置してある水車を回転させることによって発電します。
国内のみでまかなえる貴重なエネルギー源で、ダムを利用した大きなものや、河川や農業用水、上下水道を利用した中小規模の物など幅広く活用されています。
日本は水資源に恵まれているのでほかの発電方法に比べて昔からある発電方法であり、ノウハウがたくさんある点、安定的かつ数十年といった長期間使用できる点など、優れた面を多く持っています。
水力発電は天候や気候などの自然条件に関わらず、安定したエネルギーの供給が可能であり、一度、発電所を作れば、長期スパンでの稼働ができます。
しかし、初期費用が高いため、投資額の回収に時間がかかるという問題があります。
環境への影響などの調査も必要となり、地域や地元住民の理解も必要となります。
バイオマス発電
4つ目が「バイオマス発電」です。
バイオマス発電は、動物や植物から生まれた生物資源を燃焼やガス化させることにより発電します。
火力発電の一種のため二酸化炭素排出はありますが、燃料となるバイオマスが燃焼時に排出する二酸化炭素と同量の二酸化炭素を吸収しているため、大気中の二酸化炭素量を増やすことにならず、カーボンニュートラルという考えにより再生可能エネルギーとして認められています。
カーボンニュートラルとは「植物や植物由来の燃料を燃焼してCO2が発生しても、その植物は成長過程でCO2を吸収しており、始めから終わりまででみると大気中のCO2を増加させず、CO2排出量の収支は実質ゼロになる」という考え方です。
具体的には、CO2排出量を削減するための植林や再生可能エネルギーの導入など、人間活動におけるCO2排出量を相殺することです。
太陽光発電と違い天候に左右されず、燃料さえあれば安定して電気を供給できる発電方法として注目されています。
廃棄物を燃料にできるため、廃棄物の減少や再利用に貢献し、循環型社会を推し進めることが可能であり、木材や家畜の糞尿なども燃料となるため、燃料不足になりにくく安定供給が可能です。
しかし、バイオマス燃料は広い地域に資源が分散しているため、収集や運搬、管理にコストがかかります。
地熱発電
5つ目が「地熱発電」です。
地熱発電は、地上で降った雨や雪が地下1,000〜3,000mに存在するマグマ層まで浸透するとマグマの熱で蒸気となり、その蒸気や熱水でタービンを回して発電します。
フラッシュ方式とバイナリ方式の2種類の発電方法があり、用途に合わせて使い分けられています。
24時間安定した発電を行うことができ、また発電に使用した蒸気や熱水を農業にも活用できる特徴があります。
また、日本には多くの活火山が存在し、地下に熱（蒸気）を持っている地熱地帯が数多く存在します。日本が持つ地熱発電に利用できるエネルギー量は世界で3番目に多く、豊富な資源があることから今後の発展に期待されています。
発電に使う高温の蒸気や熱水を地域の暖房などに再利用でき、時間にとらわれずに発電でき、途切れることなく供給が可能です。
しかし、地熱発電が行える場所は、温泉や公園などの施設と重なることから、地域との調整が必要です。また、導入コストも大きいため、発電設備を作るにあたっての調査や開発がなかなか進みづらいです。
太陽熱利用
6つ目が「太陽熱利用」です。
太陽熱利用とは、太陽の熱エネルギーを集めて熱媒体を温めることで、給湯や冷暖房の運転エネルギーを作りだします。
太陽熱利用は太陽光発電と異なり、電気ではなく基本的に給湯や暖房に使われます。
太陽のエネルギーを利用するので、導入コストは永久的に無料であり、システムが簡単なので、専門知識などがなくでも手軽に導入ができます。
しかし、初期導入コストが高く、家庭用で数十万円、業務用では数百万円規模になります。
また、天候や日照時間に左右されてしまうため、安定的供給が難しいです。
雪氷熱利用
7つ目が「雪氷熱利用」です。
雪氷熱利用は、冬に降った雪や外気で凍らせた氷を保管しておき、冷熱が必要となる夏場などに活用する再生可能エネルギーです。
0～5℃のチルドと呼ばれる温度と適度な湿度を保つため、食物の保存に最適です。氷を冷熱源として建物の冷房に利用できるため一般的な電気冷房に比べランニングコストが約1/4程度で抑えることができます。
しかし、夏場まで雪や氷を貯蔵するのは大変であり、集めたり運搬したりする費用がかかります。
温度差熱利用
8つ目が「温度差熱利用」です。
温度差熱利用とは、地下水、河川水、下水などの水源を熱源とし、夏場は水温の方が低く冬場は水温の方が高いという特性を利用し、水が持つ熱をヒートポンプによって給湯や冷暖房のエネルギーにしています。
給湯や冷暖房以外にも、温室栽培や融雪用熱源などへの利用も可能であり、熱源が身近にあるので、都市型の供給源として期待が高まっています。
しかし、システム導入の建設工事が大規模ですので、初期コストが高く、都市型のエネルギー供給源とするには、地域との連携も進めていく必要があります。
地中熱利用
9つ目が「地中熱利用」です。
地中熱利用とは地面から200m程度ぐらいの深さに溜まっている熱であり、夏場の外気よりも低く、冬場の外気よりも高い熱となりますので、その温度差を利用して給湯や冷暖房のエネルギーにすることです。
以下のような5つの方法があり、シーンに合わせて使い分けられています。
・ヒートポンプ
・ヒートパイプ
・水循環、空気循環
・熱伝導
地中熱利用は外気温に左右されず利用することが可能なエネルギー源であり、稼働時騒音が非常に小さく、冷暖房時に熱を屋外に放出しない構造ですので、ヒートアイランド現象になりにくいです。
しかし、初期コストが高く、設備投資の回収に時間がかかります。
まとめ
再生可能エネルギーの種類について解説してきました。以下、まとめになります。
・再生可能エネルギーとは、太陽光や風力、地熱といった地球資源の一部など、自然界に常に存在するエネルギーのこと
・再生可能エネルギーの大きな特徴は「枯渇しない」「どこにでも存在する」「CO2を排出しない（増加させない）」
・現在実用化され、稼働している再生可能エネルギーの種類は9つ
再生可能エネルギーは地球環境のことを考えると、注目されている取り組みといえるでしょう。環境問題はもちろん、エネルギーを輸入に頼っている日本にとって、自国のエネルギー資源からエネルギーを生み出す再生可能エネルギーは非常に重要な役割であるといえるでしょう。