電気は何故貯められないのか。あるいは実は貯められる電気。

GiGi @gigir

何故電気は貯めておけないのかを出来るだけわかりやすく説明するテストバージョン２。

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そもそも電気とは何かから説明しないとたぶんダメだよね / Togetter - 「「なぜ、電気は貯めておけないのか？」という質問に、どうしたら説得力のある説明をできるか」 http://htn.to/tdRJ6w

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実は電気は貯められる。但し扱いがとても難しい。みんな大好き静電気さん。あれは電気が物質に溜め込まれた状態と考えていい。結構な電力が貯まるけど、ちょっとの刺激でバチンと放電してとっても危険。雷も正体は超バカでかい静電気。コンピュータ部品のひとつであるコンデンサも静電気を貯めてある。

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バカでかい真空管を作って電気を貯めておくことは技術的には可能。ただし超危険。放電は始まったら最後全電力を放出するまで止まらない。人工雷装置だと思っておけば間違いない。小容量のコンデンサで一度に使う分だけ貯めておくくらいが無難。

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電気は熱になったり光になったり磁力を介して運動エネルギーになったりといろいろ便利。なので使うときに使う分だけ電気を作ってそれを離れた場所でも使えるようにしたのが送電網。電気は光の速さで伝わるのでものすごく離れた場所でも作っても一瞬で伝わる。電気すごい。まじ魔法じみてる。

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電気は光の速さで走るので一瞬で送電網の隅々まで行き渡る。そして使わない電気は送電網に貯まっていく＝電圧が高くなる。電化機器は一定の電圧で動くよう作られてるので電圧が高くなると動作不良になり最悪壊れる。電圧の変化を許容範囲に収めるために電力会社は都度発電量を上下させているという訳。

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これは送電網を高速道路に例えると分かりやすい。インターチェンジの入り口(発電機)から電気をどんどん入れていって道路が渋滞すると入り口や出口(電化機器)で衝突事故を起こして発熱とかしちゃう。かといって車の流れを止めたら光の速さなのであっという間に道路が空になる＝大規模停電。

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発電所とかすごく遠くにあるから、何かの固まりをエイヤホイヤと運んでるイメージをしちゃうけど、電気は光速なので日本の端から端まで一瞬で届く。今使ってる電気はできたてほやほやの電気。

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では、いろいろな発電方法と蓄電技術について説明をしてみたいと思います。

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現在人類が実用化している発電方法は主に３つ。コイルモーターを回転させて磁界から電力を取り出すモーター発電。光を半導体に当てて直接電気に変換する光発電、そして物質が化学反応するときに生じる電気を取り出す化学電池。そう、電池は発電機なんですね。

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誰でも簡単に手作りできる電池に炭電池というものがあります。２本の木炭にアルミを巻いて塩水につけ、それを電線で繋ぐと電気が生じる、原始的な電池ですね。世の中にある乾電池やバッテリーというのはより効率よく工夫してあるだけで仕組としてはこれと同じだったりします。

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電池は作り方次第で安定した出力の電気を使えるうえ、小型化、持ち運びが簡単なのでとても便利。ただし、発電量がとても少ないのが欠点なんですね。

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大雑把な計算ですが、一般的な家庭の消費電力を普通の単三乾電池で賄おうとすると1日に1万本くらい使い切る羽目になります。これはちょっと、やってられないですよね。

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モーター発電は大規模発電のほとんどに用いられていて、火力水力風力原子力、それと自転車を漕いで発電するのも全部モーター発電ですね。違いは何を使って回転力を得るかだけで、基本的な仕組は自転車のライトも原子力発電も同じだったりします。

GiGi @gigir

要はペダルや羽根車を回す力があればいいわけで、水力は水流、風力は風、火力や原子力はお湯を沸かした蒸気、あとは天然ガスやガソリンを爆発させるガスタービンなんてのもありますね。

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光発電は空気中を飛んでいる光子を直接捕まえて電気に変えてしまうというもの。最近は効率もよくなって製造費も安くなって将来有望ではあるんですが、問題は太陽が出ているときしか発電できないと言うこと。なので多くの場合は他の発電方式と組み合わせて用いられます。

GiGi @gigir

モーター発電は回転力を生む力によって取り扱いが変わってくる。水力は水を流せば回転し、堰きとめれば止まる。火力も燃料をくべればお湯が沸き、燃料を入れなければお湯が冷める。このあたりは必要な分だけ電気を作るのにとても便利。

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原子力は燃料がとても高温で発熱して、しかも一度火を入れるとなかなか冷めない。なので燃料を足さなくてもずっとお湯を沸かし続ける。それで今困っている訳ですが…

GiGi @gigir

ずっとお湯が沸き続けるので昼も夜もなく電力を作り続けられるのが原子力。ただ、先述した通り電気は作りすぎて余っても困ったことになるので、原子力を作った分夜の電力使用を増やさなければいけないんですね。それで深夜電力を安くしたり、電気給湯システムを営業してたりするわけです。

GiGi @gigir

それでも電力が余ったらどうするのか、というところで活躍するのが最近よく耳にする揚水発電所。これは水力発電の一種ですが、夜間の余った電力を使って、ダムの上の貯水池に水を組み上げる。それで電力が必要なときにくみ上げた水を流す。これのおかげで日本の電力会社は安定電力を供給できるんですね

GiGi @gigir

余ったときはそれでいい。じゃあ今回みたいに原発が止まって急に足りなくなったら？送電網というのは一繋がりになっていて、電気は光の速さで走るので、送電網に繋がっている一帯全てが電力不足になって大規模停電になってしまう。これを避けよう、というのが輪番停電なんですね。

GiGi @gigir

具体的には、電力需要が供給を上回りそうになったら、送電網の一部をパッと切り離す。すると切り離された先から電力を要求されないのでそれ以外の場所では電力の安定が保たれる。需要が供給を下回るのなら当然切り離す必要はない。これが予告があっても停電しない理由ですね。