太陽熱発電とは

クリーンエネルギーはいろいろありますが、今回は太陽熱発電を紹介します。

太陽熱発電(たいようねつはつでん)は、太陽電池で発電を行う太陽光発電と異なり、太陽光をレンズや反射鏡を用いた太陽炉で集光することで汽力発電の熱源として利用する発電方法です。
太陽光がエネルギー源のため、資源の枯渇のおそれがない再生可能エネルギー利用の発電方法です。
また、燃料を用いないため二酸化炭素などの温室効果ガスを排出せず、燃料費が不要であるため運転にかかる費用を低く抑えられ、有毒ガスの発生や燃料費高騰によるコスト上昇のリスクもないと言われています。
太陽光発電よりも導入費用が安いほか、蓄熱により24時間の発電が可能です。
但し、夜間でも稼働できる反面、昼間の曇天・雨天には効率が悪くなります。
太陽熱発電に対する注目は、砂漠を持ち広大な面積を有する国で高く、陸地が限られ利用上の競合が多い日本ではあまり適さない発電方式とされていました。

(1)集光型太陽熱発電
集光型太陽熱発電とは、レンズや鏡や反射板を用いて太陽光を集光し、その熱で水を蒸発させることで蒸気タービンを回転させ発電する発電方式です。
発電の原理は古典的な火力発電と同じものですが、熱の発生に燃料の燃焼ではなく太陽熱を利用します。
太陽光を得られない夜間には溶解塩等を用いた蓄熱による熱を利用するほかに、燃料を燃焼させて発電するハイブリッド方式とすることも可能です。
 
(2)タワー式太陽熱発電
タワー式太陽熱発電とは、平面鏡を用いて、中央部に設置されたタワーにある集熱器に太陽光を集中させることで集光し、その熱で発電する発電方式で、中央タワー方式、集中方式などとも呼ばれています。
数m四方の鏡、数百枚から数千枚を用いて集められた太陽光を一箇所に集中させることが出来るため、1000℃程度まで加熱することも可能です。
一方で、正確に太陽光を集中させるためには、太陽の動きに合わせて鏡を正確に動かさなければならなく、また鏡とタワー上部の集光器の間に光をさえぎるものがあってはならないため、より多くの光を集めるにはタワーを高くしたり、鏡の設置場所を高い位置にすることが必要となり、それに伴い設備費も高くなります。

(3)トラフ式太陽熱発電
トラフ式太陽熱発電とは、曲面鏡を用いて、鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れる液体(オイルなど)を加熱し、その熱で発電する発電方式で、パラボリック・トラフ方式、分散方式などとも呼ばれています。
タワー式太陽熱発電と比較すると、高温の液体が移動する距離が長くなるため熱損失が大きくなりがちですが、タワーの一点に光を集中させる必要が無く、鏡を単純に並べることが出来るため大規模な施設の建設が容易です。

(4)ディッシュ式太陽熱発電
ディッシュ式太陽熱発電とは、放物曲面状の鏡を用いて、鏡の前に設置されたスターリングエンジンなどに太陽光を集中させ、発電する発電方式です。
パラボラアンテナと同様の形状で、ディッシュ/スターリング方式などとも呼ばれています。
他の方式と比較すると、単体で機能する小型のシステムであり、必要となる土地面積も少なくて済むため、移動用の発電装置や送電が商業的に困難な離島や山間部といった地域での電力供給方法としても期待されています。
導入コストは高いものの、高いエネルギー効率が期待できるため現在開発が進められています。

(5)ソーラーチムニー
ソーラーチムニーとは、太陽熱によって暖められた空気の上昇による気流の風力を利用し、タワー内のタービンを回して発電する発電方式で、ソーラー上昇気流タワーなどとも呼ばれています。
発電の仕組みは、風力発電と類似のもので、大気の加熱による上昇気流を用いるため、蓄熱により夜間も含めた24時間の発電が可能です。
構造は、温室に煙突をつけたもので、中央部に向け少しずつ高くなっていく円形の温室をもち、内部の空気は太陽光によって暖められて膨張し、軽くなった空気が屋根に沿うかたちで上昇する際に中央の煙突から上空に排出され、この時の気流を煙突内のタービンが受けて回転し発電が行われます。
ソーラーチムニーの発電力は、太陽光の強さ、温室部分の大きさと煙突の高さによって決められ、上空ほど気圧が低いため有利ですが、太陽光の強さを一定とすると、より広大な土地とより高いタワーの建設がより効率的で大きな発電につながります。
高層になるほどタワーの建設に費用がかかりますが、他の方式と同じく燃料が不要なため運転にかかるコストは低く抑えられます。

(6)今後の発電形態の一つに
夜間でも稼働できる反面、昼間の曇天・雨天には効率が悪くなります。
また、夏至・冬至の昼間の差が大きい高緯度地域には向かないため、低緯度の乾燥地域での建設が有効と言われています。
太陽熱発電は、大規模なものの方が採算が取れるので、狭い日本ではなく、広大な土地を持った砂漠地帯の方が有利と言われてきました。
但し、この発電方法も、太陽光や風力みたいに各家庭での小規模な発電は可能だと思われます。
今後の日本の発電形態の一つになると思います。


コスモ石油で実施している太陽熱発電装置です。
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