科学機器

産官学との連携

№７６５
２０１

科学の峰々

・３268

京都大学
しのはら

篠原

生存圏研究所
なおき

生存圏電波応用分野教授

真毅 先生 に聞く

無線電力伝送 と宇宙太陽発電所 構想 下
聞き手：佐藤と き：2011年12月2日
ところ：東京科学機器協会会議室

紀一 東京科学機器協会 副理事長／広報委員長

野村

篤史

同広報委員

藏満邦弘

同

事務局長

岡田康弘

同事務局／主事（取材・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱篠原安井久雄）直毅先生のプロフィール

1987年
1991年
1993年
1996年

千葉県立千葉東高等学校卒業
京都大学工学部電子工学科卒業卒業
京都大学大学院工学研究科電子工学専攻修了
京都大学大学院博士後期課程工学研究科電子工学専攻修了
京都大学工学博士授与
1996年〜2000年 京都大学超高層電波研究センター助手
2000年〜2001年 京都大学宙空電波科学研究センター（改組）助手
2001年〜2004年 京都大学宙空電波科学研究センター助教授
2004年〜2010年 京都大学生存圏研究所（改組）助教授（准教授）2010年 京都大学生存圏研究所教授
2004年〜2005年 宇宙航空研究開発機構 客員開発部員
2007年〜2009年 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部 宇宙探査工学
研究系 客員准教授〈学位論文〉
マイクロ波電力伝送の受電システム並びに電力ビームの伝播特性に関する研究〈専門分野〉
マイクロ波応用工学、マイクロ波エネルギー伝送、宇宙太陽発電所SPS〈所属学会〉
電子情報通信学会／電気学会／日本太陽エネルギー学会／
日本電磁波エネルギー応用学会／ IEEE／ URSI

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産官学との連携

いかに強い構造の材料を作るか。

ありません。20〜30年もすれば、私たちが研究している電波の装置新材料を組み合わせ、実現は可能も軽くするが、太陽電池も現在のでしょう。できないと言うほうが2

─ 引き続き宇宙太陽発電所に10分の1にしたい。全体では、1万t不思議と言えます。

ついてお話をお聞きしますが、篠以下の重さにしたいと考えています。

宇宙太陽発電所から地上へ100万kWの電気を送電

原先生の構想では、宇宙太陽発電所から地上へ、どのくらいの電気・３使っている技術は特別なものでは

２０１№７６５話になってきます。いかに軽く、できないのは心のバリアが決めているだけで、必ず可能になると─ 100万kWの 発 電 と い う と、を送ることが可能になるのでしょほど原子力発電1基の発電量になうか。

りますね。

いうのが私たちの主張です。
─ 宇宙からマイクロ波によって電力を送るとき、ロスというの

篠原

無線電力伝送は、距離、周篠原

宇宙開発競争をしていたこはないのでしょうか。

波数、アンテナの寸法だけで決まろにアメリカで考えられていた宇るため、計算上電気はいくら送っ

宙太陽発電所はもっと大きいもの篠原てもよいことになります。太陽電でしたが、装置をロケットに積む宇宙空間のプラズマなどがあって池は静止衛星軌道に浮かべるため、 ことを考えると、重さは1万t以下も、消えずにそのまま届きます。

3万6000kmという距離は決まりまにしなければならず、そこからただし、もともとの電気エネルギす。そこからマクスウェル方程式

100万kWの 送 電 を 考 え た わ け でーからマイクロ波を作り、それをを使って、マイクロ波を効率的にす。

再び電気に戻すまで、今の計算でマイクロ波は地上の雲や雨、地上に送るための送電アンテナのでは、重量1万tがどのくらいのは、50％ぐらい損失します。これ

寸法を計算すると、アンテナの直重さかというと、国際宇宙ステーは距離が何万kmあっても変わり径は2kmほどになります。

ションが150t、日本の放送衛星やません。

この大きさの送電アンテナが必

気象衛星の重たいもので10tほど伝送の効率が50％では低いと言要ということは、1Wなどのわずです。1万tの装置をロケットに積う人もいますが、宇宙では昼夜やかな電気を送電しても元が取れなみたいと言うと、バカかと言われ天気に関係なく発電できるので、いので、投資を回収しようとすれます。ですが、今は大きいだけで、 地上より発電量が増えます。

ば、100万kWの 送 電 は 行 わ な け
ればなりません。そこから考えると、太陽電池の面積も2km四方の大きさになり、電波を地上で受け送電技術の役割
電力流通技術開発の歴史：新しい電源の利用を可能とした

る受電アンテナも数kmの大きさ

明治：送電技術の誕生

電気の利用を可能としたが必要になります。

大正：
高圧送電技術 11 万 5,000V ( 猪苗代線 )水力発電の利用を可能とした

昭和：超 ( 々 ) 高圧送電 50 万 V (100 万 V)

原子力発電の利用を可能とした

平成：スマートグリッド

再生可能エネルギーの利用を可能としなければ。

未来：マイクロ波無線送電！

宇宙太陽発電 SPS の利用を可能とするはず！

ただし、ここまでの話は太陽電池や送電アンテナの重量を考えていません。ロケットで宇宙へ打ち上げるためのコストを考えると、いかに装置を軽くするかが課題と目標になります。
そうすると、研究開発は材料のSPS は発電技術・送電技術が一体となった新時代の電気利用である！

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ノミーの発展に貢献することです。

宇宙太陽発電所 SPS の特徴

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1. 二酸化炭素 CO2= 温室効果ガスをほとんど出さない発電所

理由：太陽電池なので、石油等を燃やさないため。ロケットの影響を含めても 2. のおかげで問題はない。

・３2

2. 工場や鉄道等昼夜なく大電力が必要な所を支える基幹発電所

理由：宇宙でもほぼ 1 年中地球の影に入らない所に SPS は置かれる為、地上が夜でも発電が可能。マイクロ波は雲でも雨でも吸収・散乱なく地上まで届くので曇でも雨でも発電が可能。= 夜でも雨でも太陽電池で発電できる

3. 既存技術の延長で実現可能 ( やろうと思えばできる )理由：SPS は大きくは太陽電池技術とマイクロ波技術でできており、技術の壁は薄い。
1GW の SSPS を構築するには 30 年後の技術で 1.29 兆円を要すると試算されている (JAXA2003)。その時の発電コストは 8.9 円 /kWh。

4. 人類が宇宙で暮らす足がかりとなる

理由：SPS は今の人工衛星の千倍以上、宇宙ステーションの百倍以上大きい→ このような大きな宇宙システムを作れるくらいなら宇宙コロニーも可能。

それに対して、地上での太陽電篠原

日本は有人宇宙開発にあまそして長期的な目標としては、宇宙への人類の生存圏の拡大があり、人類が宇宙で暮らせる技術ができないかと考えています。
そのため有人での宇宙開発を行い、やがてはロケットのパイロットも、組み立てをする技術者も、特別な訓練を積んだ宇宙飛行士でなく、ごく普通の人が行えるようにしたいと思っています。
─ 宇宙太陽発電所は材料や装置の軽量化が課題とのことですが、池の稼働率は約15%前後と低すぎり積極的でないこともあり、日本これをクリアするまで、実証実験ます。運転費はゼロでも初期投資の研究者はロボットで装置を組みなどを行うことは難しいというこが高いシステムの稼働率が約15%立てようという流派が多いようです。とでしょうか。

前後というのは、本当はおかしい

しかし、私たちの将来の夢は宇のです。

宙コロニーを作ることにあります。 篠原

宇宙太陽発電所の最大の弱火力発電のように、初期投資はその第一ステップである宇宙太陽点は、実験からお金がかかること低く、発電するとき燃料費がかか発電所の構想は、宇宙から地上へです。この点、地上での実験なら、るシステムなら、運転を止めればエネルギーを送り、クリーンエコまず小さな発電プラントを作り、燃料費が浮くので稼働率は低くてもよいのです。
地上との比較でいつも触れるのが設備稼働率の問題なのですが、春分と秋分の日は動かなくても、宇宙太陽発電所の稼働率は90％以上は可能になります。これなら初期投資が占める発電システムとして充分成立する数字です。

無線電力伝送装置を搭載した飛行船（高度30m）

将来の長期的な目標は生存圏の宇宙への拡大
─ 地上から3万6000km離れた宇宙太陽発電所の設置や組み立てなどは、どのように行う計画なのでしょうか。

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飛行船搭載無線電力伝送装置

地上受電アンテナ（無線携帯充電）

生存圏研究所の若い研究者たちが行った、飛行船からのマイクロ波を用いた携帯電話充電実験（2009年）の様子。災害時の緊急電源を想定し、飛行船から地上の携帯電話へ無線電力伝送によって電気を送り、充電に成功した

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ルギーをすべて使えたなら、人類で商用プラントを作るという手順で計算すると、頑張って制御してが使っているエネルギーの100倍を踏むことができます。

2kmの範囲に収まるというものでぐらいになります。この大きな太しかし宇宙太陽発電所は、太陽す。送ろうとしている100万kWの電陽エネルギーのインとアウトから2電池もアンテナも大きなものにな気を、この2kmのエリアで割り算

すると、宇宙太陽発電による100り、たいへんなお金がかかってしすると、マイクロ波は携帯電話の万kWという電気は、ごくわずかまいます。

電波よりも少し強いくらいになりなものです。そして地球は恒温動

そのため、今は地上でできるだ

・３

イクロ波は、マクスウェル方程式

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次に実証プラントを作り、その上ます。これなら問題はありません。 物のようなもので、宇宙太陽発電け基礎実験をやっています。その電波を集中させると、アンテナ所から少し余計なエネルギーが入上で、例えば地上400km上空の低を小さくできるので、できるならってきても、バランスを崩すことい軌道に太陽電池を打ち上げ、90そうしたいのですが、電波は理論はないと私たちは説明しています。

分に1回、頭の上にくるだけですが、上の集中度の限界があることと、これと同じことが、マイクロ波それで実験を行うということも考一生懸命制御してようやく集中での安全性の説明にも言えます。マ

えられます。しかし、本来の目的きることが、逆に安全性を担保しイクロ波が体に入ると、基本的にから言えば、余計な手間になってているとも言えるのです。

は温度が上がります。しかし、私しまいます。

たち恒温動物の体は、汗をかいたあるいは、電気の揺れを速くす─ 地球環境の面からお聞きしりして体温を一定に保とうとしまると光になるので、レーザー光でたいのですが、太陽から地球へ降す。ある程度以下の入力であれば、電力伝送をしようというグループり注いでいるエネルギーと、地上恒温で生きようとする人間の生体もあります。マイクロ波の場合、から地球の外へ放出されるエネル作用が勝つのです。

1回の揺れは10cmぐらいですが、ギーがほぼ同じなので、地球の環逆に、マイクロ波が限度を超え光になると、1回の揺れはミクロ境はバランスを保っていると言うてしまうと、温度が上がって危険ン単位になります。揺れが短いと人もいます。この点はどうお考えな状態になることもあるでしょう。

アンテナを小さくすることができでしょうか。

そこで、そのレベルを安全性基準るので、その分、コストを下げることはできます。

で定めているわけです。
篠原

余計なエネルギーが地球にし か し、 レ ー ザ ー 光 で100万入ってくるという話ですね。ガイ─ そもそも地球温暖化に疑問

kWの電気を送ると、エネルギーア仮説という地球を生物にたとえを呈する研究者もいるようですが、密度が濃くなりすぎるので、どうる仮説があって、エネルギーの全篠原先生はどう捉えているのでし送るかを考えないといけません。

体的なインとアウトを説明する方ょう。

宇宙太陽発電所構想における電波の安全性法があります。
地球は太陽からの光が当たって篠原

地球温暖化を信じるか、信エネルギーが入りますが、それをじないかという話になったとき、放出して、熱バランスをとってい私は信じた方が良いのではと答え

─ 電力伝送における電波の安ました。しかし温室効果ガスによています。地球温暖化が間違って全性はどのように考えられているって放出されるはずの熱がプロテいるとして、何も対策をしなかっのでしょうか。

クトされ、地球の温暖化が起きてたとします。それが後になって、いるとされています。

地球温暖化が真実だということに篠原

宇宙太陽発電所から送るマ

地球に降り注いでいる太陽エネ

なったら、とても困ります。

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それならば地球温暖化を信じ、出量を計算すると、原発は火力のれに代わる解は見つかっていない

経済活動を行いながら、二酸化炭40分の1ほどになります。一時期というのが現実です。今はいろい素の排出削減の努力をし、対策をメディアでは、石油に比べてガスろな発電方法をミックスしていく行っていくほうがいいでしょう。

は二酸化炭素の排出量が少ないとしかなく、その一つとして私たち結果、温暖化が間違っていたとし持ち上げていましたが、ライフサは宇宙太陽発電を提案しているのても、あまり損はしないのではなイクルアセスメントの点から計算です。

いでしょうか。

すると、ガスは石油より少し二酸

ただし、宇宙太陽発電にはおま化炭素排出量が少ないだけです。

けがつきます。人類が生きていく人間の欲を肯定しかつ地球環境を守るには？

一方、新エネルギーは不安定で、 ためには、全体の生産量を増やさビルや家々に太陽電池を取り付けないといけません。そのためにはていますが、雨や曇りの日はほと宇宙の資源、エネルギーを利用し─ 福島での原発事故後、エネんど発電しません。停電を起こさなければならないでしょう。

ルギーをどうするのか、日本ではないのは、以前は原子力発電があ将来、人類が宇宙空間へ出て行混迷が続いています。これについったから、今は火力発電が動いてったとき、発電を行う有効な方法ては、どう見ておられますか。

いるからです。

が太陽電池です。水力も、風力も、また、スマートグリッドによっ

スマトーグリッドも宇宙では使え原発が使えないので、そのて電気を効率的に使おうとしていません。宇宙への生存圏拡大の第分の電気を作るために今は火力をますが、社会全体を支えるには、一歩として、宇宙太陽光発電はた使っていますが、二酸化炭素の排まだまだ時間がかかるでしょう。

いへん面白い研究ではないかと私

出と地球温暖化の問題はどうする

それなら、人間が我慢すればいのかという話は、いっこうに解決いという人もいます。しかし、あしていません。

る程度は節電をしても、日本人は篠原

生産から廃棄までのライフサイ

相変わらず電気を使う生活を送っクルアセスメントを考えて、二酸ています。結局、人の業は乗り越化炭素の排出量とコストを計算すえられない、その業を肯定したとると、確かに原発は優れています。 ころから始めてこそ、人間だとい原 発 の 生 産 寿 命 を30年 と し、原発を止めたからといって、そ「宇宙基本計画」のシステム・プログラム
2009 年 6 月に策定

（１）５つの利用システムの構築

Ａ アジア等に貢献する陸域・海域観測衛星システム
Ｂ 地球環境観測・気象衛星システム
Ｃ 高度情報通信衛星システム
Ｄ 測位衛星システム
Ｅ 安全保障を目的とした衛星システム（２）４つの研究開発プログラムの推進Ｆ 宇宙科学プログラム
Ｇ 有人宇宙活動プログラム
Ｈ 宇宙太陽光発電研究開発プログラム
Ｉ小型実証衛星プログラム

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経済産業省のプロジェクトを軸にオールジャパンで研究が動き出す
─ 宇宙太陽発電所の研究は国家プロジェクトとして進んでいるうのが私の考えです。

1kW/h当たりの二酸化炭素の排は思っています。のでしょうか。

低炭素社会を支えるエネルギーの実現( 現状 )

地上では低炭素社会を実現する再生可能エネルギー電源（太陽光発電、風力発電等）の利用が進められているが、安定性などの課題があり、この課題等が克服できる宇宙におけるエネルギー利用はまだ行われていない。

( 目標 )

地政学的な影響を受けず、安定的でクリーンなエネルギーを利用可能な宇宙における太陽光発電システムに関して、実現に必要な技術の研究開発を進め、地上における再生可能エネルギー開発の進捗とも比較しつつ、１０年程度を目途に実用化に向けた見通しをつける。

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産官学との連携2009年に「宇宙基本計画」

宙太陽発電所の開発を行うと記載
その研究開発プロジェクトの1を信じていいのか分からない時代に、どうせ信じるなら科学を信じてみたらいいのではと言いたいと2思います。

つが経済産業省のもので、私はそ─ 携帯電話の普及などによっの委員を務めています。そのプロて無線電力伝送の商用化、標準化

─ 最後に、科学機器業界に身ジェクトでは、3年後に実証実験の研究開発が盛んになり、また、を置く私たちメーカーやディーラを行うというスケジュールで進ん

宇宙太陽発電所の研究も注目を浴に対して、ご意見やご要望、励までいます。

びるようになったとこのことです

しのお言葉などがあれば、お願いが、こうした現状をどのように感いたします。

このSPS研究の流れの中で私たちの研究所に新たに電波科学の研じているのでしょう。
篠原

究設備を入れたところです。おか大学の研究者たちが出したげさまでメディアの注目度も高く、篠原

それ以降、テレビや新聞などにた力と情熱をもってしても、30年間、 アルな機器となるのは、やはり、くさん取材をしていただきました。

一進一退でした。「良いものは良科学機器業界の皆さんのサポートい」というだけでは、世の中は動があってこそだと思います。そのかないという現実も見ました。

サポートがなければ、せっかくの─ 宇宙太陽発電所の研究は、経済産業省の所管として進められているのでしょうか。

宇宙太陽発電は私の師匠のところがこの数年、無線電力伝送がビジネスとなり、儲かると言見えないアイデアが形になり、リアイデアも妄想で終わってしまうこともあったでしょう。

われるようになると、研究者も増

一方、今は科学機器も専門化し以前は文部科学省系と経済えてきました。今は、そういう人すぎていて、どこに聞いてよいか産業省系の2つの委員会があり、たちにも宇宙太陽発電が有用な技分からないことがあります。選択篠原・３されました。

研究を通して科学が人類の生活を成り立たせていることを実感

若い人たちに対しては、何２０１がまとめられ、その中に日本は宇

篠原

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篠原

実ははっきりしていませんでした。 術であると理解してもらい、この肢が多すぎて選べないわけですが、宇宙に関わることなので、文部科分野の研究がさらに活性化したらそんなとき、どこに相談すればよ学省であり、JAXAの所管となるよいという気持ちで研究を続けていのかを紹介してくれる窓口があのですが、産業応用という言葉がいます。

るとありがたいと思います。

出ると経済産業省となります。

それと宇宙太陽発電所の研究をその経緯を話すと、2009年に宇通して辿り着いたのは、科学技術宙基本計画ができ、宇宙太陽発電が人間という生物を成り立たせて所に関して産業応用という言葉がいる元だということ。科学がなけ使われました。これによって、今れば人類は人類という種として存は経済産業省が太い軸になってい続しつづけることはできないでします。

ょう。
次回は、佐藤 夏雄 先生

ただし、経済産業省ではロケッ
ト は 打 ち 上 げ ら れ な い の で、─ 話は変わりますが、日本のJAXAのプロジェクトと一緒にな

理科教育について思うこと、あるり、現在はオールジャパンで研究いは、若い世代に伝いたいことな開発が進められています。

どがあれば、お聞かせください。

国立極地研究所副所長にオーロラ南北半球同時観測、国際短波レーダー網を用いた電磁圏変動の研究などについてお話いただきます。

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