太陽熱発電

太陽熱発電（たいようねつはつでん）は、太陽光のエネルギーを熱として利用して発電する、太陽エネルギーの利用形態の1つである。導入費用は高くつくものの、昼間の電力需要ピークを緩和し、温室効果ガス排出量を削減できるなどの特徴を有する。

太陽熱発電の特徴

太陽熱発電は、再生可能エネルギーの一種であり、太陽光を源とするために資源の枯渇の虞はなく、二酸化炭素などの温室効果ガス（Greenhouse Effect Gas, GEG）の排出量削減に貢献する。また、燃料を燃焼させるものではないため、燃料費は不要であり、運転にかかる費用は低く抑えられ、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。一方で、欠点として高価な導入コストがあり、コストを低減し商業電源として確立するには一層の研究開発、普及が必要である。また、効率的な発電には、日照時間の長い土地が必要である。

これらの特徴は、同じく太陽光を利用する太陽光発電と同様のものであるが、太陽光発電にはない特徴もある。太陽光発電と比して、24時間の発電が可能という長所がある。太陽光発電が利用する光を保存しておくことは出来ないが、太陽熱発電は熱エネルギーを利用するものであり、昼間に熱を蓄えておくことで、夜間の発電も可能である。

一方短所となるものとして、相当な広さの土地が必要となることが挙げられる。効率的に発電するためには、太陽光発電と比較するとより大型の設備、十分な熱量を得るためのより広い受光面積が必要となる。そのため太陽光発電のように、都市部の建物の屋根や壁面に手軽に設置するというわけには行かない。これまで設置された発電所の多くは、試験用のものも含め、地価の低い、乾燥した地域のものが多い。

この短所は、アメリカやオーストラリアなど乾燥した広大な土地がある国々ではさほど問題とはならないが、国土が限られた日本においては致命的な欠点であり、太陽熱発電に対する注目は日本では低い。それでも1981年に香川県三豊郡仁尾町（現・三豊市）で実験が行われたが、期待した成果は得られなかった。それ以来日本では大規模太陽熱発電の実験は実施されていない。

太陽熱発電の集光型太陽熱発電

集光型太陽熱発電とは、鏡など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ある。発電の原理は、伝統的な火力発電と同じものであり、ただその熱の発生に燃料の燃焼ではなく太陽光を利用するものと言える。

太陽光を得られない夜間には、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ある。

太陽熱発電のタワー式太陽熱発電

カリフォルニア州、モハーヴェ砂漠のSolar two

タワー式太陽熱発電（Solar power tower、Central Tower power plants）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ある。中央タワー方式、集中方式などとも呼ばれる。数メートル四方の鏡、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ある。

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い。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、それにともない設備費も高くなる。

Solar Twoで用いられるヘリオスタット

ヘリオスタット（Heliostat）と呼ばれる、平面鏡、太陽の動きに追従して鏡の向きを調整する機構、それらを支える枠とで構成される、光を反射する装置と、タワー上部に設置された集熱器、タワー下部の蒸気タービン、発電機、復水器などで構成される。各ヘリオスタットで反射された太陽光が、タワー上部の集熱器を加熱し、そこで加熱された液体（水、オイル、溶融塩など）は、タワー下部に送られ、水を蒸発させて蒸気タービンを回すことにより、発電が行われる。蓄熱器を用いて昼間熱を蓄えておけば、夜間の発電も可能となる。他の集光型太陽熱発電方式のものにも言えることであるが、集光用の鏡は面積が大きく、風の影響を受けやすいため、その構造には相応の強度が求められる。

タワー式太陽熱発電の例・計画

Solar One,Solar Two :アメリカ、カリフォルニア州のモハーヴェ砂漠に建設された タワー式太陽熱発電所。Solar Oneは1982年に設置され、1995年にヘリオスタットの追加や設備の改良をうけ、Solar Twoとなった。出力10MW。1999年に運転停止。

Solar Tres :スペイン南部の、アンダルシア州に建設が計画されている。出力15MW。

PS10 :スペイン南部の、セビリア近郊に建設が計画されている。出力11MW。


太陽熱発電のトラフ式太陽熱発電

集光集熱装置

トラフ式太陽熱発電（Parabolic trough）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ある。パラボリック・トラフ方式、分散方式などとも呼ばれる。

タワー式太陽光発電と比較すると、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あるが、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ある。 各鏡において線状に集光し、パイプを流れる液体で集めた熱エネルギーを運搬するという形をとるので、温度は400℃程度となる。そのためより低い温度でも効率的に発電できるタービンの開発なども求められている。

集光集熱の仕組み

光を線状に集光する曲面鏡と、その前に延びるパイプ、太陽の動きに追従してそれらを動かす機構、高温の液体を循環させるポンプ、蒸気タービン、発電機などで構成される。

各曲面鏡で反射された太陽光が、鏡の前を横切るパイプを加熱し、そこで加熱された液体（オイルなど）が蒸気タービンに送られて水を蒸発させ、蒸気タービンを回すことにより、発電が行われる。蓄熱器を用いて熱を蓄えておけば、夜間の発電も可能となる。また、蒸気タービンを用いることを利用して、特に夜間や曇天時など、天然ガスなどの燃料を用いてガスタービンを回して発電し、その排気ガスの熱と、太陽熱とをあわせて蒸気タービンを回すといった方法で、効率的な発電を行うものもある。このような、従来の火力発電と太陽熱発電とを結合したものは、ISCCS（Integrated Solar Combined Cycle System）と呼ばれる。

トラフ式太陽熱発電の例・計画

Solar Energy Generating Systems （SEGS） :アメリカ、カリフォルニアのモハーヴェ砂漠に建設された9基の太陽熱発電所。SEGS I　は1985年に運転開始。SEGS IX の運転開始は1991年。天然ガスによる火力発電を併用しており、合計出力約350MW。天然ガスの燃焼による発電は、全体のおよそ25%である。現在世界最大の太陽熱発電所であり、太陽光発電をあわせても世界最大の出力を持つ。

Nevada Solar One :アメリカ、ネバダ州に2007年に建設された。カリフォルニアのSolar Oneと関係は無い。出力64MW。

Andasol 1:スペイン、アンダルシア州に建設が計画されている。ヨーロッパ初のトラフ式太陽熱発電所となる予定である。2008年完成予定。


太陽熱発電のディッシュ式太陽熱発電

ディッシュ式太陽熱発電(parabolic dish,dish/engine system)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。パラボラアンテナと同様の形状である。ディッシュ/スターリング方式などとも呼ばれる。 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、僻地や送電網が整備されていない地域での電力供給が期待されている。導入コストは高いものの、高いエネルギー効率も期待でき、現在開発が進められている。

太陽熱発電のソーラーチムニー

ソーラーチムニーの構造

?ソーラーチムニー（solar chimney、Solar updraft tower）とは、空気が太陽光によって暖められることで上昇することを利用し、その際生じる風でタービンを回して発電する発電方式である。「ソーラー上昇気流タワー」などとも呼ばれる。

発電の仕組みは、風力発電と類似のものであるといえる。ただし大気の加熱による上昇を用いるため、風が吹かないということは無く、昼間に熱を蓄えておくことで夜間の発電も可能である。

その構造は、端的に言えば温室に煙突をつけたものである。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、そこで空気は太陽光によって暖められる。暖められた空気は膨張して軽くなるため、屋根に沿うかたちで上昇して行き、中央の煙突から上空に排出される。その過程で設置されたタービンを回転させ、発電が行われる。 そのため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る。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る。他の太陽光を利用した発電と同じく、燃料などが不要なため運転にかかるコストは低く抑えられるが、高い塔の建設などにより、導入コストは大きな額に上る。

ソーラーチムニーのプロトタイプは、1980年代初頭にスペインで建てられたものである。このソーラーチムニーは、およそ195メートルの高さと4万平方メートルを超える集光面積を持ち、最大50kW程の出力を得ていた。8年間発電を行い、1989年に閉鎖された。

ソーラーチムニーの計画

ソーラータワー :オーストラリアでエンバイロミッション社（EnviroMission Ltd.）によって計画されている大型のソーラーチムニー。約100km? にわたる敷地に高さ1,000メートルのタワーで、200MWの発電能力を計画する。

太陽熱発電の選択吸収膜、選択反射膜

太陽光の赤外線エネルギーの吸収効率を上げるために特定の波長での吸収を高めた皮膜が施される。また、黒体放射による熱の損失を防ぐため、集熱管の周りを真空にしたガラス管で覆い、ガラス管の内面をより長波長の赤外線を反射する皮膜をコーティングする。

太陽熱発電の出典

  1. ^ http://tec-e.net/commodity/commodity01.html

  2. ^ http://www.mech.tohoku.ac.jp/mech-labs/yugami/research/solar_abs/solar_abs_info.html

  3. ^ http://www.morikita.co.jp/mkj/94661.html

    ◇出典: フリー百科事典ウィキペディア（Wikipedia）『太陽熱発電』より
    取得日：2008-08-08

    太陽熱発電の関連サイト

    • 太陽熱発電 - Wikipedia
      ... 国土が限られた日本においては致命的な欠点であり、太陽熱発電に対する注目は日本では低い。
    • 太陽光発電/東京・大阪・京都・名古屋・福岡・福島
      グッドエイチピードットコムが運営。
    • 資源エネルギー庁 新エネルギー政策について
      ... 積極的に利用され始めたのは太陽熱を集め温水を作る温水器の登場からである。
    • 高さ1000メートル、新型太陽熱発電所『ソーラータワー』 | WIRED ...
      高さ1000メートルの塔を中心とした太陽熱発電所、
    • 1600枚の鏡で、高さ55mの塔に太陽光を集中:太陽熱発電所を写真で紹介 ...
      太陽熱発電の現状をまとめた記事はこちら(日本語版記事) ... 多数の太陽熱エネルギー企業が、各種の太陽熱発電技術を商品化するためのステップとして、競い合ってパイロット・プラントを建設している。
    • 太陽熱発電の日(8.6)
      仁尾町の太陽熱発電所もこの計画にもとづいて作られたものです。
    • 太陽光発電と太陽熱温水器
      お湯沸しを専門にする太陽熱温水器と、どんな用途にも使える電気を起こせる太陽光発電。
    • バルーン型煙突付き海上太陽熱発電とスクリュー発電
      太陽熱発電方式には現在3種類ある。
    • 太陽熱の直接利用
      日本で最初に、このような方法で太陽熱を大量に集熱してつかったのは、サンシャイン計画の一環として香川県仁尾町で実験された太陽熱発電である。
    • ソーラーシステム 太陽熱温水器 スカイピア:NORITZ
      ソーラーシステム、家庭用太陽熱温水器「スカイピア」シリーズの紹介。

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