INSS JOURNAL Vol . 22 2015 R 1

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電力系統の運用を体験する教具の開発
Development of Teaching Tools for Simulated Operation of an Electric Power System
橋場

隆（Takashi Hashiba）＊1

要約
平成 26 年度に，教材「3.11 に学ぶ 今後の日本のエネルギーのあり方−原子力発電とどう向き合うか−」の開発を終了した．この教材は今後の日本のエネルギーや電力利用について，
確かな知識・主体的な考えの元に，生徒同士が話し合う場をもつことを目指した総合的な教材である．同時に，学習内容への馴染みが薄いことに配慮して，「楽しく学べる」教具などの提案も行っている．本稿では，その一環として開発した電力系統模擬装置による体験学習を紹介する．身近な教具を使った学習体験が，原子力発電や電気を届ける仕組みに対する関心を育み，そこでの気付きや疑問が，今後の日本のエネルギーのあり方に関する学習へつながっていくことを期待して
いる．
キーワード

エネルギー環境教育，学習用教具，電力系統，模擬装置

Abstract
In ﬁscal 2014 the development of teaching materials was completed for the
program “The shape of future energy in Japan: how we deal with nuclear power generation
based on the experience of 3.11”. This is a comprehensive program with the aim to bringstudents into discussions about future energy and electric power generation in Japan, based on
their knowledge and independent perspective. The learning contents related to future energy
and electric power generation are unfamiliar to students, therefore "fun to learn" teaching tools
were proposed. In this article the learning experience for operation of an electric power system
is introduced using a simulator developed as a part of the attempt to familiarize students withthe learning contents. It is expected that learning experiences using the teaching tools developed
to raise students' interest in nuclear power generation and electric power systems, which comeswith them taking new notice of things and asking questions, will ﬁnally lead them to learning
about the shape of future energy in Japan.
Keywords

Energy and environmental education, teaching tool, electric power system, simulator

1. はじめにを，表１に示す．
総合的な教材は，今後の日本のエネルギーや電力

平成 22 年度末に教材「教科学習におけるエネル

利用について，確かな知識・主体的な考えの元に，

ギー環境教育の授業づくり」の完成をもって，原子生徒同士が話し合う場をもつことを目指した教材で力安全システム研究所（以下「INSS」と略す）のある（表２参照）．しかし，学習内容への馴染みがエネルギー環境教育に関する中核教材の整備が終了

薄いことに配慮して，電力系統や放射線などの個別した．

項目について，「楽しく学べる」教具や学習活動のこれに続けて平成 23 年度から 26 年度の４年間に，提案を同時に行っている．

中核教材での学びをベースに，原子力発電もきちん

総合的な教材の開発経緯及び概要については，日と取り上げて総合的にエネルギー問題を学ぶ教材

本エネルギー環境教育学会の学会誌「エネルギー環「3.11 に学ぶ 今後の日本のエネルギーのあり方−原

境教育研究」９巻２号に報告した．本稿では，「楽

子力発電とどう向き合うか−」（以下「総合的な教材」

しく学べる」教具として提案した電力系統模擬装置と略す）の開発を行った．平成 26 年度末での INSSを使った電力系統の体験学習について報告する．

におけるエネルギー環境教育に関する教材の全体像＊ 1 （株）
原子力安全システム研究所 社会システム研究所

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200

表１

INSS のエネルギー環境教育用教材（平成 26 年度末時点）

分

類

教

材

3.11 に学ぶ今後の日本のエネルギーのあり方−原子力発電とどう向き合うか−

総合的な教材教育理論

実践事例「総合的な学習の時間」用
学校全体での取り組み例
・エネルギー環境教育の理論と実践
・山城中学校のエコな挑戦−学ぶ力・教師力・学・エネルギー環境教育の学習用教材（小学校編／
校力を育てるエネルギー環境教育
中学校・高等学校編）
個別テーマでの取り組み例
教科教育用
・持続可能な社会をめざすエネルギー環境教育の・教科教育におけるエネルギー環境教育の授業づ
実践
くり（小学校編／中学校編）

中核教材

・エネルギー環境教育の教材「ｅカード」
エントリー教材 ・エネルギー環境学習絵本「ｅ絵本」
・エネルギー環境学習絵本「はじめましてほうしゃせん」
表２
No

主

総合的な教材の主題の展開

題

概

要

届ける仕組みが取り上げられることが多い．したエネルギー問題への意識付け，社
会科と理科での導入例．

がって，学習を進めると，電力系統（発電−送電

電気を届ける仕組みを通して､ 原電気を届ける２
子力発電や再生可能エネルギーに仕組み
よる発電の意義や課題を知る．

・しかし，教師にとって電気は難解な分野と言われ

１ 導入

原子力発電の 原子力発電に関する基礎的な知識
３ エネルギーの を得る．福島事故を理解する上で源
必要な事項も補足する．
４ 放射線

放射線に関する基礎的な知識を得る．初歩的なリスク認識についても触れる．

−配電）について触れる場面が登場する．
ており，また，電力系統の仕組みを簡単に学習する教具等がなく，教師が電力系統について適切な解説や説明を行うことは困難であった．
・小学校理科の教具に手回し発電機（直流）が本格的に取り上げられた．また，コンデンサ（キャパシタ）も採用された．

福島事故及びその後の社会動向か
福島事故から ら，原子力発電の安全確保及び今５学ぶ
後の電力の安定供給に必要なことを押さえる．

・社会的には太陽光発電や風力発電の導入が進み始原子力発電も対象に，将来社会の今後のエネル
６
電源・エネルギーについて考察・ギーの選択討論する場を持つ．

影響がほとんど認識されていなかった．一方で，2. 開発の背景

この様な状況を踏まえて，手回し発電機やコンデめていたが，島国である日本において，これらの変動電源が大量に導入された場合の電力系統への実体が定まらないままで，スマートグリッドが大量導入を促進する技術として市民権を得てきた．
ンサを利用して，電力系統を分かりやすく体験的に

電力系統模擬装置（以下「模擬装置」と略す）
は，「電学習できる教具を提供していくべき時期に来ている

気エネルギーを発電所から家庭・工場まで届ける仕と考え，理科研究会嶺南支部において開発を行うこ組み」，すなわち電力系統の仕組みを体験的に分かととした．

りやすくかつ楽しく学習するために開発した装置である．開発は平成 21 年度の理科教育ワークショッ

3. 理科研究会での開発と実践＊2

プ研究会（以下「理科研究会」と略す）嶺南支部の活動にさかのぼる．

3.1 模擬装置の開発条件

当時のエネルギー環境教育を取り巻く状況やエネ
ルギー情勢は次のとおりであった．
・エネルギー環境教育の学習テーマとして，電気を＊2

前項の背景を踏まえて，次の条件のもとに模擬装置の開発を進めることとした．

当時 INSS が福井大学と連携して運営していた教員参加の研究会．福井大学がある福井県嶺北を拠点とする研究会と嶺南地区を拠点とする嶺南支部で活動．嶺北の研究会は中学校教師が，嶺南支部は小学校教師が主体に活動．

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201

・会員全員がプログラムづくりや模擬装置の制作に（1）電力系統に関する基礎的な概念が学べることエネルギー利用の観点から押さえたい電気エネル

関わるとともに使用できるものであること．
・安価に制作できること．

ギーの特徴は，「様々なエネルギー資源からのエネルギー変換によって生産（発電）される」と，「生

3.2 模擬装置の仕様

産された電気エネルギーは全て同時に消費（利用）される」の２点である．したがって，次の２つの概実際の電力系統は三相交流のシステムであるが，念（図１参照）を学習できる装置とする．

直流の手回し発電機を使うことを前提としているた・同時同量：電力の生産（発電）と消費が量的にもめ，模擬装置は直流で構成する．
図１に示す電力系統の基礎的概念に従い，模擬装

時間的にも一致していること．
・電力ミックス：発電方式の特性（制御性，経済性，置の構成要素は，発電機側，負荷側，両者をつなぐ

環境性など）に応じて，多数の発電機がベース，

連携部分の３か所に分けられる．開発条件から，そミドル，ピーク電源の役割を分担し，協調して発れぞれの構成要素に必要な項目を次のように整理し電していること．

た．
消費電力① 発電機側・多数の手回し発電機が接続でき，容易に運転台数

発電電力

様々な負荷
変化の集合

を増減できる．
・参加者が役割を担当してもよいが，ベースロード

同時同量用電源の意味合いを分かりやすくするため，自動的に定速回転させる発電機を用意する．
・体験者の混乱防止のため，発電していない時に逆流によって手回し発電機を回転させない措置をとる．

電力ミックス：発電方式の特性に応じて役割を分担
特性：制御性、経済性、環境性
役割：ベース、ミドル、ピーク
電気事業連合会資料に加筆

図１

電力系統の基礎的概念② 負荷側
・多数の負荷を接続でき，容易に数を増減できる．
・基準状態からの逸脱（発電過剰と発電不足）を容易に認識できる．
・手回し発電機の回転を上げ過ぎることによる過電（2）手回し発電機やコンデンサを利用して体験的に圧に耐えられる．

学習できること
学校で活用されやすくするには，学校教育の内容と協調をとる必要がある．また，行事や学習イベン
トなどにも広く活用できる魅力的な教材を目指す．
・理科での学習に応用しやすいように手回し発電機
やコンデンサを利用した装置とする．

③ 連携部分・直流の模擬装置であるため，発電機側と負荷側を単純に接続するものに留める．
・需給バランスの指標として電圧計を接続する．
・いくつかのコンデンサを接続でき，容易に数を増・誰でも簡単に取り扱え楽しく体験できること．

減できる．

・多人数が一斉に参加して体験できること．

以上を踏まえて，制作のベースとして整理した＊3回路構成を図２に示す．各手回し発電機に整流器（3）研究会活動にふさわしいものであること
現役の教師が参加する研究会の活動の一環として実施するものであるため，次の点に留意する．
＊3を直列に接続し，並列回路で増減できるようにする．
負荷は電圧の増減で光量が敏感に変化し，需給バランスの基準値からの逸脱が感覚的に分かる豆電球と風力発電の無風時を模擬したいのであれば逆流を許容し，手を離したときにも手回し発電機が回転を続けるようにする．

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し，過電圧にも耐えられる高電圧仕様のものを使用する．負荷の増減はスイッチの入り切りで行う．需給バランスは電圧計によって定量的にも確認できる．コンデンサは蓄電装置として利用する．
なお，後述する総合的な教材での模擬装置の再活用に合わせて，手回し発電機，豆電球，LED 及び
電子メロディの電気特性を再調査した結果を別記１

会員による半田付けの様子

連系装置に示す．豆電球は LED 及び電子メロディに比べて，印加電圧に対する応答変化（光量又は音量）の幅が広いこと，１個当たりの消費電力が適度に大きいことから，手回し発電機の特性との整合性がよく，模コンデンサの回路

豆電球

手回し
発電機

擬回路の負荷に適していることが確認できた．
負荷（豆電球）発電機（手回し発電機）

定速
発電機
図３

G

電圧計
制作した電力系統模擬装置と作業状況

GG

科研究会に所属する教員の勤務校２校において検証

G

連系

授業を行い公開授業に臨んだ．

G

・福井県 S 市 N 小学校６年生（H22.2.25）

G・福井県 M 町 S 小学校５・６年生（H22.3.2）・エネルギー教育フェア 2010 公開授業（H22.3.14）

G

･･

V

G

公開授業で用いたプログラムの概要を別記２に示す．
プログラムは小学校高学年以上を想定しており，逆流防止の整流器

図２

負荷調整のスイッチ

電力系統模擬回路の構成

3.3 模擬装置の制作

このため検証授業も小学校高学年を対象に行った．
ところが公募で集まった参加者の多くは低・中学年の児童であったため，本来の主役である子どもたちにはとってはかなり難しい授業となった．しかし，ある教員参観者からは「ベストミックスや日負荷曲会員による制作の様子と完成した模擬装置を図３

線に合わせた各発電の違いを体験的に学ぶ方法がとに示す．ベースロード用に自動的に定速回転させるても参考になった」との感想があり，参観していた発電機は外注したが，その他の部分は会員が自作し保護者や教育関係者には，学習のねらいが届いていた．通常，
手回し発電機は接続端子に直接つなぐが，たものと考えられる．

模擬装置から遠く離れた位置（例えば教室最後部のここまでの経緯や結果については，日本エネル席）からでも移動せずに参加できるように，20m 程ギー環境教育学会の第５回全国大会（H22.8.1）で度の長さの導線も別途用意した．

発表した．これらの活動を踏まえて，本格的に普及させようとした矢先，平成 23 年３月 11 日の東日本

3.4 実践と公開

大震災それに伴う福島第一原子力発電所事故の発生によって，活用の機会が失われることとなった．

模擬装置の開発と並行して，平成 21 年度エネル
ギー教育フェア＊ 4 において模擬装置を使った公開授業を実施することが決まった．このため，公開授業に向けてプログラムの検討を進めるとともに，理＊4エネルギー教育への関心を喚起し学校等におけるエネルギー教育の実践を促進するため経済産業省資源エネルギー庁が開催．

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4. 総合的な教材における活用

203

せる．
このときのバランス調整は非常に難しい．
ケー
ス２ではコンデンサ１個を接続して，ケース１と同

4.1 再活用のきっかけ

様の実験を行う．コンデンサの蓄電能力によって変動が緩和され，バランス調整は容易になる．両者の理科研究会の会員である教員が，平成 26 年度に地元の理科教育部会において，小・中学校教員を対象にエネルギー環境教育に関する実験講習会の講師

結果を比較して，風力や太陽光発電などの変動電源の課題と対策の方向性を体験的に学ぶ．
基本プログラムの詳細を別記３に示す．

を担当することになり，その場を利用して模擬装置を紹介することとなった．終了後のアンケートは講

4.3 活用に向けて習会全体への感想を自由記述で問うだけの簡単なものであったが，参加した教員の多くが体験実験につ（1）教科との関わりいて言及しており（17 名／ 29 名中），その内の約半

学習指導要領によると，中学校の教科において模数が，「模擬装置の実験は分かりやすい」「太陽光発

擬装置による電力系統の体験実験を利用できる箇所

電の課題が分かった」などの肯定的評価であった．

は，理科第一分野の単元「科学技術と人間」の「エ

この結果から，社会や学校教育がこの教具の意義をネルギー」における「エネルギー資源」である．こ

認め必要とする状況が近づいているとの実感を得

こでの学習内容は，「人間は，水力，火力，原子力

た．

などからエネルギーを得ていることを知るとともこれを踏まえて，開発中であった総合的な教材のに，エネルギーの有効な利用が大切であることを認

活用例に，この教具を取り入れた実践を盛り込むこ識すること」と記述されており，電気エネルギーをととした．なお，対象者は総合的な教材に合わせて通してエネルギー資源の利用に関する学習指導がな

原則中学生以上となる．

される．

4.2 プログラムの再検討

ルギー資源」に関する記述を例にとると，まず，電T 社の理科教科書「新しい科学３年」での「エネ気エネルギーの安定供給の重要性が述べられ，続け中学校の授業で使用することを念頭に，エネルて「発電の方法」「放射線の性質」「再生可能なエネ

ギー教育フェア 2010 の公開授業で用いたプログラ

ルギー資源」の学習が展開される．安定供給の課題

ムの体験実験の部分を，出前授業などでの基本プロ

では，「需要に応じて，どのように電気エネルギーグラムとして分かりやすく書き直した．基本的な体を供給しているのだろうか」との問いかけがなされ，験事項は次の２つである．

それを考えるために，模擬装置と類似の簡単な電気① 1 日の運用を体験：日負荷曲線に沿って，発電量回路を使って「電気エネルギーの需要と供給の関係を調整してみよう② ある発電機への対応：変動電源が加わった時のバランス調整をしてみよう

を調べる実験」を，「やってみよう」と記載されている．この部分については，模擬装置を直ちに活用することが可能である．

ケース１：特別な対策なし
ケース２：ケース１にコンデンサを追加（2）実践と教具の紹介①では，日負荷曲線に合わせて指導者が豆電球の

平成 26 年度の３学期に，T 社の理科教科書を使

点灯数を変化させ，生徒はそれに合わせて発電出力用している K 中学校において，「エネルギー資源」（運転台数や回す力）を増減する．
この実験を通して，の箇所を対象とした INSS による２時間の出前授業

同時同量の需給調整の仕組みと，ベースロード・ミを行った．模擬装置を使った実験を最後に行った以

ドル・ピーク電源の役割を知るとともに，バランス

外は，ほぼ教科書の記述に沿って授業を展開した．

調整の難しさを実感し，電力の安定供給のために電授業後，需要と供給を合わせて電気を届ける仕組み

力会社が 24 時間実施していることを体験的に学ぶ．

について，「よく分かった」「分かったような，分か②のケース１では，ベースロード電源１台，豆電

らないような・・」「よく分からない」の選択肢で，球５個点灯の状態から始め，一人の生徒に不規則なアンケートをしたところ，12 名が「よく分かった」，

発電をさせ，それに対する調整を別の生徒に実施さ10 名が「分かったような，分からないような・・」

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204の回答だった（総数 22 名）．生徒全員が「よく分かった」とはならなかったが，担当の教師からは，模擬装置を使うことによって教科書に示されている実験

きる長所がある．
別記４に直流と交流による模擬装置の主な相違点を参考に示す．

のねらいが，生徒だけでなく教師にも伝わったとの評価をいただいた．
この実践結果は総合的な教材に，

5. おわりに

活用例２理科「エネルギー資源の利用」として採用
学校教育の場において，今後の日本のエネルギーし紹介している．
今後の普及に向けて，模擬装置の概要を総合的な＊5や電力利用を本格的に扱った授業が行われるには，教材が掲示されている INSS のホームページ上 で，総合的な教材が活用されることが望ましい．しかリーフレットとして紹介している．また，次に示す

し，馴染みが薄いことや難しい内容が含まれることように，教師が集まる場があれば模擬装置を持ち込から，実践に結び付くまでの道のりは遠いと考えらんで，直接紹介する活動も並行して実施している．

れる．このため，総合的な教材を使った学習へつな・エネルギー環境教育関西ワークショップ研究がることをねらいに，模擬装置を使って電力系統の＊6

会 （H26.12.20）

運用を楽しく体験する学習を提案した．身近な教具

・平成 26 年度エネルギー教育モデル校報告会＊7を使った学習体験が，原子力発電や電気を届ける仕（H27.3.14）

組みに対する関心を育み，そこでの気付きや疑問が，紹介後のアンケートでは，体験した教員全員から総合的な教材を使った本格的な学習へとつながって使ってみたいとの感想をいただいている．

いくことを期待している．

4.4 交流の模擬装置
総合的な教材の中では交流の模擬装置の提案も行っている．主題２「電気を届ける仕組み」（表２参照）のワークシートに，図４に示す交流の模擬装
置による実験を紹介している．交流の場合，手回し発電機が１台に限定され，多人数が同時に参加して楽しく実験を行えない難点がある．しかし，需給バ
ランスの変化を実系統同様，周波数の変動で確認で

周波数
テスター

豆電球

交流手回し発電機
周波数：0-400Hz 程度
電

圧：最大約 15V

図４
＊5
＊6
＊7

・豆電球の点灯数を増減させて周波数の変化を確認。
・周波数を一定に保つように
発電機出力を調整

交流の電力系統模擬装置

http://www.inss.co.jp/book/introduce/book̲c07.htm
京都教育大学の山下教授を研究代表に INSS が関西圏の教員を対象に運営するエネルギー環境教育の研究会．
経済産業省資源エネルギー庁が平成 26 年度に始めたエネルギー教育モデル校事業に選定された学校による成果の報告会．

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別記１

手回し発電機，豆電球，LED 及び
電子メロディの電気特性測定結果

205

豆電球の写真は対応する電圧での点灯状況，0.6V
程度からフィラメントが輝き始める．

１．測定装置

４．LED，電子メロディの電圧特性

・直流電圧計及び電流計は K 中学校のものを借用．

・仕様

電圧計：端子 3V・15V・300V，class2.5

赤 LED：DC2V を 10 個並列で使用

電流計：端子 50mA・500mA・5A，class2.5

青 LED：DC3.2V を 10 個並列で使用
電子メロディ：DC1.5 〜 3V を 10 個並列で使用

・手回し発電機の回転装置及び回転計は，模擬装置用に制作したベースロード用の定速発電機を利
用．

・測定結果
1.8

700
600

回転数表示：10rpm ごとのデジタル表示

1.6

赤 LED

500

1.4
1.2

400
300

青 LED

200

２．直流手回し発電機の無負荷特性
・対象製品はケニス手回し発電機 HG 標準タイプ

0.8⇐電流（ ■ ）

100

0.6

0

最大電圧 12V，内部抵抗 3.2 Ω（テスターで測定）

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

電子メロディ

ハンドル回転に対する増速比 49.5

印加電圧（Ｖ）

・測定結果

1

電力︵ Ｗ︶

電 流 ︵ｍ Ａ ︶可変範囲：1000rpm 程度まで可能

0.4
3 .50.20

電力（ ▲ ）⇒

14

別記２

12

端子電圧︵Ｖ︶

10

エネルギー教育フェア 2010 公開
授業でのプログラムの概要

8

１．プログラム名

6

電気を届ける仕組み

4

近似式：電圧（Ｖ）＝
2

２．授業のねらい

0.0433× ハンドル回転数（rpm）

0
0

100

200

300

400

ハンドル回転数（rpm）

・電気が起きる原理を体験する．
・電気が発電所から家庭に届く仕組みの概念を知る．
・太陽光・風力発電を利用する場合の問題点と対策

３．豆電球の電圧特性の方向性の概念を知る．

・仕様
電圧 6.3V，電流 0.15A（42 Ω）

３．対象

非通電時抵抗 3.6 Ω（テスターで測定）

公募の小学生〜中学生

・測定結果
250

2.5

200

2.0

４．実施日

1.5

100

1.0

電力⇒
0.5

0

0.0
2

4

6

印加電圧（Ｖ）

8

５．授業展開の概要（1）導入
地球温暖化防止やエネルギーセキュリティの観点

50

0

電力︵Ｗ︶

電流︵ｍ Ａ︶⇐電流150

平成 22 年３月 14 日（土）10から，原子力発電や太陽光・風力発電の重要性が高まっていることを確認．
（2）発電の原理
電磁誘導による発電の仕組みを確認．また，模擬INSS JOURNAL Vol . 22 2015 R 1

206

装置での体験の予備知識として，コンデンサの蓄電能力を実験で確認．
（3）模擬装置による体験実験
a．日負荷調整③ 夕方から深夜までの負荷変化に対応させて，豆電球の点灯数を徐々に減らし，最終的に２個のみ点灯とする．
⇒ 参加者は協力して，豆電球の明るさ（又は電圧）日負荷曲線に合わせて豆電球点灯数を変化させ，それに対応させて発電出力（運転台数や回す力）を増減して需給バランスを調整．
b．太陽光や風力発電の模擬を保つにように，手回し発電機の出力を調整（低下）する．
（注１）特別に指導がなければ，参加者は一斉に調整しようとする傾向がある．最初は注意事

手回し発電機１台を不規則に変化させ，変動電項なしで行い，次に各参加者に火力や水力源が入るとバランス調整が難しくなることを体発電などの役割を割り当て，指導者の指示験に従って，発電の開始また停止を行うよう

c．蓄電効果の模擬
コンデンサを接続して b と同様の実験を行い，変動が緩和されることを体験．

指導するとよい．
（注２）豆電球が全部点灯し参加者全員が発電に参加しているときに，１台を停止させると，（4）まとめ一気に豆電球が暗くなる．これは実際の電・実際の電力系統でも，ベストミックスを追及しな力系統では発電所の故障に対応する．予備

がら需要と供給の同時同量が達成されている．

の手回し発電機を接続しておき，１台停止

・太陽光や風力発電を増やすには，蓄電機能を増加と同時に回し始めると，影響を少なくできするなどの対策の準備も必要．

る．これは予備力に対応する．
プログラム２．ある発電機への対応：変動電源が加

別記３

見直し後の電力系統模擬装置の基本プログラム

わった時のバランス調整をしてみよう

１．実験の条件〈ケース１：特別な対策なし〉

・１人の指導者と４人の参加者を想定．

① ベースロード用の発電機１台運転，豆電球２個

・番号で示すのは指導者の操作，=〉で示すのはそれを受けた参加者の操作．
・豆電球は最大 15 個，手回し発電機はベースロード用を入れて最大５個使用．
・需給のバランスがとれているかの目安は，電圧計
指示で 4.5V 前後，またはこの時の豆電球の明るさ．

点灯状態から，豆電球の点灯数を５個程度まで順次増加する．
⇒ 参加者 a は，豆電球の明るさ（又は電圧）を保つにように，手回し発電機の出力を調整する．
② 参加者 b に，手回し発電機を不規則に運転（止めたり動かしたり）するように指示する．
⇒ 参加者 a は，豆電球の明るさ（又は電圧）を保つにように，手回し発電機の出力を調整する．

２．プログラム③ 参加者 a にうまく調整できたか確認する．参加者

プログラム１．１日の運用を体験：日負荷曲線に沿って，発電量を調整してみよう

b には担当した発電は実際の電力系統では何発電に対応するか尋ねる．

① 深夜の状態（図１参照）に対応させて，
ベースロー（注１）参加者 b は風力や太陽光発電に対応する．

ド用の発電機を１台運転し，豆電球を２個程度

参加者 a は水力や火力発電のような調整電点灯させた状態から開始する．

源に対応する．

② 朝から昼間までの負荷変化に対応させて，豆電（注２）豆電球の点灯数を 10 個程度とし，参加者 c

球の点灯数を急増させ，最終的に全部点灯とすにも調整電源の役割をさせて同様の実験をる．

行うと，点灯数が多い方が変動は緩和され⇒ 参加者は協力して，豆電球の明るさ（又は電圧）を保つにように，手回し発電機の出力を調整（増加）する．

ることがわかる．これは系統規模の効果に対応する．

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207〈ケース２：ケース１にコンデンサを追加〉る仕組みを模擬体験する学習プログラムの開① 連系装置にコンデンサ１個（１ファラッド）を発，日本エネルギー環境教育学会第５回全国

接続し，ベースロード用の発電機１台運転，豆電球２個点灯状態から，豆電球の点灯数を５個程度まで順次増加する．

大会論文集，183‑184．
（3） 橋場隆（2015）．電力系統の運用を体験してみよう！，平成 26 年度エネルギー教育モデル⇒ 参加者 a は，豆電球の明るさ（又は電圧）を保つにように，手回し発電機の出力を調整する．
② 参加者 b に，手回し発電機を不規則に運転（止めたり動かしたり）するように指示する．
⇒ 参加者 a は，豆電球の明るさ（又は電圧）を保つにように，手回し発電機の出力を調整する．
③ 参加者 a に，ケース１に比べてどのように変わったか，どうして変わったのか尋ねる．

校報告会レジュメ集，53‑62．
（4） 橋場隆・渥美寿雄他（2015）．わが国のエネ
ルギーのあり方を考える教材の開発：3.11 を踏まえ原子力発電とどう向き合うか，エネル
ギー環境教育研究，
Vol.9 No.2
（第17号）,67‑74．
（5） 橋場隆・大磯眞一・佐島群巳・高山博之・山下宏文・鈴木真・石原淳・野口芳江・井元り
え・妹尾理子・中村俊哉・前田浩平（2010）．

（注１）コンデンサによって豆電球の明るさ（又は教科学習におけるエネルギー環境教育用教材

電圧）の変化は抑制される．実際の電力系の 開 発，Journal of the Institute of Nuclear

統における揚水発電や蓄電池などの役割に相当する．

Safety System，Vol.17，44‑59．
（6） 橋場隆・小鍛冶優・伊佐公男（2014）．手回（注２）実際の電力系統において，コンデンサに相し発電機の手応えに関する一考察，平成 26 年

当する装置などが増強されれば風力や太陽度日本理科教育学会北陸支部大会研究発表要

光発電の受け入れ量を増やすことができる

旨，43．

が，コストを誰が負担するかなどの課題があることも補足する．

別記４

平成 20 年文部科学省告示第 28 号．

直流と交流の電力系統模擬装置の比較
直流の模擬装置

単相交流の模擬装
置

発電機の種類 直流手回し発電機． 交流手回し発電機．
発電機の運転 極 性 を 守 れ ば， 容 同期が困難なので，台数易に増減可能．
1 台のみ．
豆 電 球（ 光 量 ） や同時同量の指周波数を一定に維電圧を一定に維持標持．
することで代用．
蓄電機能（7） 文 部 科 学 省（2008）． 中 学 校 学 習 指 導 要 領，

電 池 や コ ン デ ン サ AC − DC 変 換 回 路
で， 簡 単 に 模 擬 可 な ど が 必 要 に な り
能．
困難．

（注）実際の電力系統は三相交流

引用文献（1） 岡村定矩・藤嶋昭他（2011）．新しい科学３年，
中学校理科用文部科学省検定済教科書，東書，
平成 23 年２月４日検定済，平成 26 年２月 10日印刷（2） 中村高・大野豊・小島結・濱崎貴志・橋場隆（2010）．電気を様々な発電所から家庭へ届け