絶対に再生可能エネルギーで原発の発電をカバーできる!

現在福島原発の事故を発端に再生可能エネルギー活用が検討されていますが


実際には非常に難しいという専門家が多くいます。

でも僕は絶対に可能だと考えています。

専門家の言う難しい点は大きく以下の2点ではないかと思います。

1.太陽光発電モジュールなどの設置ははまだ高価であるため発電コストが大幅に高くなってしまう。

2.太陽光発電にしても風力発電しても、その発電量は原発の発電量に遠く及ばない。
          その上天気などの変化に左右されてしまい安定発電ができない。


1.の発電コストの問題について
確かに現在普及しようとしている太陽光発電モジュールは高価である、その上重量が重いため大きな屋根が設置できないという問題点があります。でも後述で紹介しますが、それを解決するような太陽光発電モジュールは存在します。

2.の発電量の少なさや不安定さついて
確かにこの問題は大きいと思います。これを解決する方法として必要なのが蓄電池です。

発電量が少なくても、発電量が不安定であっても、発電した電気を蓄電池に貯めることができれば、そこから安定供給ができるからです。この蓄電池についてもさまざまな研究がされています。こういった蓄電池に要求される性能は自動車用や携帯電話用電池のようなポータビリティやエネルギー密度ではありません。

大きくは次の3点です。
1.低コスト且つ大容量であること
 大容量の鉛蓄電池リチウムイオン電池は重量も重く維持管理コストが膨大になってしまいます。
もっと低コストで維持管理ができる大容量の蓄電池が求められます。

2.安全であること
 現在ハイブリッド車向けなどに注目されているリチウムイオン電池はエネルギー密度の高いため
10メガワット以上蓄電しようとしたらその蓄電池の近隣には住民が住めないほど危険になってしまいます。蓄電池は全国の各地域に設置する必要があるのだから原発ではないけれど「安全性」が蓄電池に必要な最も重要な要素になります。

3.長寿命であること
 鉛蓄電池にしてもリチウムイオン電池にしても寿命はせいぜい3年から5年ですが、
当然これではダメで10年以上の長寿命蓄電池が求められます。

この3点を満足する蓄電池が存在すれば、例えば、全国の市町村に設置することによって、
今回のような震災が発生し、福島原発のような大規模な発電所が停止もしくは発電不能
に陥ったとしても、それまでに太陽光発電風力発電などの小発電によって発電した
電気を市町村ごとの蓄電池に蓄えてあるためすぐに利用できるのです。

まず太陽光発電に関する発電コストについてですが、従来の太陽光発電パネルでは、
確かにコストの膨大なります。特に太陽光発電パネルの設置は設置工事だけでも相当なコストになります。なぜなら設置するためには専用の架台が必要になるからです。
しかもこの架台の重量が重いため、屋根に大きな負担がかかり、大きな屋根に設置する
ためには屋根の構造まで大きく変える必要があり、そのためにも大きなコストが必要になってしまいます。

しかし少し前の記事でも紹介しましたが、現在ではアモルファス非晶径という厚さがたった1mmという薄膜太陽光発電モジュールが開発されています。このモジュールは「結晶形」ではないので分子配列が規則正しくないので発電効率がせいぜい8%と極端に悪いということでのでほとんど使われていないのですが、実はこの薄膜太陽光発電モジュールには大きな利点があります。

それは下記の2点です
1.太陽の照射角度の変化による発電効率の変動(低下)が少ない。
 つまり1年を通して変化する太陽の角度に影響されないわけです。

2. 熱による発電効率の低下が少ない
これまでの一般的なシリコン結晶形の発電モジュールは摂氏26度以上になると極端に発電効率が落ちます。しかしこの薄膜アモルファス(非晶シリコン)発電モジュールは8%と低い発電効率だが摂氏90度くらいまでこの8%という発電効率を維持できるのです。


3.薄膜なので、軽量な上平面でなくても設置できる
薄膜で軽量なのでどんな形状の屋根にでも設置ができ、大面積の設置が可能になるため、
発電効率が悪くても結果として総発電量はメガワットクラスの発電を実現できます。

以下薄膜太陽光モジュールの写真とその設置事例の写真を紹介します。



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これを利用して全国各地の産業用のビルや工場、あるいは倉庫の空いている屋根をレンタルなどして設置すれば相当の発電量が得られるはずです。


この薄膜太陽光発電モジュールでメガワットクラスの発電を実現するために必要な面積とその重量を計算していました。さらに従来のシリコン結晶系の架台を必要とする太陽光発電モジュールで、ガワットクラスの発電を実現するために必要な面積とその重量も計算してみましたその結果、以下の通りです。

薄膜太陽光発電モジュールでメガソーラーを実現するために必要な面積と重量
1kw当たり面積が25㎡程度必要としますので25㎡×1000kw=25000㎡となります
が重量は屋根設置の場合でも 1 ㎡ 当たり8.5kgなので25000㎡×8.5kg=212.5t程度で済みます

一般的な結晶系太陽光モジュールでメガソーラーを実現するために必要な面積と重量
こちらの場合1kw当たり面積が8㎡程度必要ですので8㎡×1000kw=8000㎡となります。
また重量は屋根設置の場合でも架台が必要になりますので 
1 ㎡ 当たり30kg程度となり
8000㎡×30kg=2400tもの重量になってしまいます。

このような薄膜太陽光発電モジュールを利用して全国各地の産業用のビルや工場、あるいは倉庫の空いている屋根をレンタルなどして設置すれば相当の発電量が得られるはずだと思うのです。





蓄電池について


上記ような薄膜太陽光発電モジュールで発電しても前述のような蓄電池がなければ実用レベルの電力の供給は難しいのが現状です。


しかしこの蓄電池についても既にすばらしい蓄電池が中小企業の手で開発されています。


資源エネルギー庁も蓄電池についてはその必要性を認めており、様々な模索をしています。
その中で最も有力視されている蓄電池がNAS電池というものです。

NAS電池とは
マイナス極にはナトリウム(Na)が、プラス極には硫黄(S)が、特殊セラミックスで仕切られて存在しています。NAS電池に電気を通すとナトリウムイオンが発生し、硫黄との化学反応により放電が起こります。充電する場合はその逆で、ナトリウムイオンの受け渡しにより放電、充電が行われるというものです。
このNAS電池は従来の鉛蓄電池に比べてエネルギー密度が約3倍高く体積・重量が3分の1程度とコンパクトであり、且つ期待寿命は15年(4500サイクル)という特徴を持っているため、最有力とされています。

それでも課題があります。
それは安全性と維持コストです。

安全性については、電極に使用しているナトリウム金属は極めて活性が高く水に反応して爆発を起こすため爆発火災、危険がある。実際に2010年2月15日に日本ガイシが製造し、高岳製作所小山工場に設置されたNAS電池が火災を発生しています。

維持コストについてはイオン伝導性を高めるために高温(約300[1]~350℃[2])で運転しなければならないという点が課題となります。期待寿命が15年。といっても、300℃もの熱を常時加え続けなければならないということは別途燃料消費が必要になるため結果として維持コストが上がるという問題になるわけです。

このような課題が残されているとしても、現場NAS電池が蓄電池としては最も有力と言われています。

しかしこれよりももっと優れた蓄電池を開発している企業があります。

その電池とは聞きなれない現地だと思いますが、レドックスフロー電池というものです。
これはもともとアメリカのNASAが開発した蓄電システムです。
これはイオンの酸化還元反応を溶液のポンプ循環によって進行させて、充電と放電を行う流動電池。現在実用化されているのはバナジウムイオン電池です。
この電池の最大の長所は安全性と安全性と長寿命です。
まず、電極がバナジウムイオン溶液なので鉛蓄電池のように鉛の電極が3年でヘタるよう
なことはなく世界の実績18年では3%の劣化、事実上なんと30年能力維持できるというすぐれものです


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これまでアメリカではGE、日本では関西電力住友電工などが大手が実用化に向けて改良に向けて開発に着手したようですが残念ながら、途中で開発がストップしてしまいました。
その理由は日本では資源エネルギー庁の方針が、NASバッテリーの開発に傾いたため、開発助成金が、ストップしたという理由もいますが、技術的な問題としても、:バナジウムイオン溶液の安定した精製が難しいという面がたからだそうです。ところがこのバナジウムイオン溶液の安定した精製方法を既に開発に成功している会社が中小企業にあります。

以上のことから太陽光発電風力発電などのさまざまな再生可能エネルギーを利用した発電方法+レドックスフロー電池を組み合わせて全国の地方自治体に設置すれば、原子力発電なしで再生可能エネルギーのみで電力をまかなうこともではないかと僕は思っています。





(残念ながら?)大企業ではなく日本の底辺の中小企業がこういった最先端の技術を開発しているのです。

そんな意味でも中小のエンジニアリング企業には頑張ってもらいたい。

充分世界に通用する誇れる技術です。

こんなすばらしい技術を持つ中小企業は、日本ではなぜ不遇でなければならないのか。。

などと考えてしまう今日この頃です。

その反面、まだまだ日本は世界に勝つことができる技術を沢山持っているんだと安心する部分もあるのです


それにしても毎日後遺症の痛みに苦しんでいる障害者の僕のようなレベルでもこの程度の脱原発の絵が書けるのだから、元気な某政治家の方は「個人の考え」なんて逃げずにもっと緻密で具体的な絵をかいてスピーディに実行に移せないものなのだろうか。予算さえあればすぐにでも実現に向けた動きができると思うのだが・・