主題２ 電気を届ける仕組み－コンセントの向こう（２）－1２．電気を届ける仕組み
コンセントの向こう（２）
どうして？

まず、
予想しよう

コンセントの電気は使う量とつくる量がぴったり一致している。
テレビのスイッチを入れたことが、どうしてつくる所（発電所）でわかるのだろう。

１．電力を安定して届ける仕組み＜電力のミックス＞
右図は、1 日の需要の変化（日負荷曲線）とそれに対応する発電電力の内訳である。
様々な発電方法、エネルギー源の発電機を組み合わせ、それぞれの制御特性を生かして、需要量と発電量がいつもぴったりと合わせられている。
石炭火力、原子力及び流れ込み式水力発
電は、
昼夜を問わず安定して発電しており、その役割からベースロード電源と呼ばれる。

（注）風力発電や太陽光発電はまだ少ない※

基底負荷（ベースロード）＜予備力＞
当日の最大需要を予想し、最大需要が発生する時間帯にも確実にそれを上回る発電能力が準備される。
この差が予備力である。
予想のずれや突発的な設備の故障などに備えて、いつも一定の予備力を確保しておく必要がある。

※揚水動力とは、揚水発電所で発電用に水を汲みあげるために使われた電力のことである。

日負荷曲線に対応した発電の組み合わせ例

予備力＝最大発電能力－最大需要＜電力の品質＞
電力の品質は主に次の三項目で表される。
わが国の品質は国際的にも高い水準にある。
・停電時間が短い
・電圧が基準値内（101±5V）
・周波数が基準値内（60±0.2Hz）

発電方法ごとの制御特性
発電方法
出力の制御特性
原子力発電 緩やかに調整可能、通常は一定運転
火力発電
燃焼量を調整し、速やかに調整可能※
水力発電
水量を調整し、急速に調整可能
風力発電
風の強さに従う
太陽光発電 光の強さに従う※貯水池式、調整池式及び揚水式水力の場合、流れ込み式水力は河川からの水量に依存する。

――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――＜調整可能電源＞＜揚水式水力発電＞

水力発電や火力発電は、電力需要の変化に応じて出力を簡単

夜間などの電力需要の少ない時間帯に、下部貯水池（下池）に調整することができるため、「調整可能電源」に分類される。

から上部貯水池（上池）へ水を汲みあげておき（ここで使う電分単位で変化する需要の変化にも対応し、周波数を一定に保っ力が上図に示す揚水動力である）、電力需要が多い時間帯に上池ている。一方、原子力発電は通常、一定出力で運転され、負荷から下池へ水を流して発電する水力発電方式である。電気エネ

曲線の底の部分の電力（基底負荷：ベースロード）の供給を行

ルギーを水の位置エネルギーで蓄える電池とみなすことができっている。

る。発電量は上池の水量で決まり、全出力運転すると 6～10 時

これらの発電所が中央給電指令所の指令に従って出力を変化間程度で空になるものが多い。水を汲みあげ再び発電する間のさせるのに対して、太陽光発電や風力発電の出力は日射量や風総合効率は約 70％である。

速によって変化し、我々が簡単に調整できない。このため、こ発電時及び揚水時とも制御性に優れており、再生可能エネル

れらの発電を大量に導入するには、蓄電池などによって一旦変ギーによる発電の増加に伴い、影響を緩和する装置としての役動を吸収してから電力系統につなぐなどの対策が必要になる。

割も期待されている。

1

消費（需要）と生産（発電）が一致していると周波数は変わらない。消費量が増減すると周波数が変化するので、周波数を元に戻すように発電量が調整される。この役割は主に貯水池式・揚水式の水力発電や一部の火力発電が担当している。

消費増

消費減

周波数低下

周波数上昇

発電増

発電減

周波数上昇

周波数低下

２．今後の電力系統
現在、今後の電気を届ける仕組みに関する制度改革の検討が進められており、一部は既に始まっている。

周波数復帰＜固定価格買い取り制度＞
平成 24 年 7 月、再生可能エネルギーで発電された電気を、市場価格より高い価格で、一定期間、電気事業者が買い取る制度が始まった。これによって再生可能エネルギーの導入が進むことが期待されている。但し、市場との価格差は電気料金に上乗せされる。
＜小売りの全面自由化と発送電分離＞
電力の購入先を自由に選べるのはこれまで大口の需要家だけであったが、2016 年には一般家庭も含めて全面的に自由化される。また、一般商品の流通部門に当たる送電網ネットワークを、現在の電力会社から分離する発送電分離も、
2018～20 年頃までには実施される予定だ。

消費(需要)と生産(発電)のバランスと周波数の関係・電圧や周波数が変動すると、生活にどのような影響があるか調べてみよう。
・自由な発想で自分たちのスマートハウス、ス
マートグリッドを描いてみよう＜スマートグリッド＞
再生可能エネルギーの導入を進めながら電力を安定して届けるため、送配電設備の増強や、次世代型の電力系統（スマートグリッド）の構築に向けた検討も進められている。

まとめ
・需要と発電のバランスのとり方について、最初の予想と実際の方法を比較し、気付いたこと、印象に残ったことを振り返ろう。
・今後の電力系統について、電気を届ける
ために大事なポイントを自分の視点でまとめよう。

出所：次世代エネルギーシステムに係る国際標準化に関する研究会報告書（平成 22 年 1 月）から

スマートグリッドの概念――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――＜電気予報＞＜スマートハウスとスマートグリッド＞

電力需要は様々な要因で変動するが、季節、曜日、気温、さ将来の家庭では、省エネ家電だけでなく太陽光発電や蓄電池、らにイベントの有無などによって一定のパターンがあり、それさらに電気自動車などの導入が進むと考えられている。これら

らの実績を元に予測されている。一方、発電能力も、河川の流を ICT（情報技術）を使って組み合わせ、エネルギーを効率的量の変化による水力発電の出力変動、気温変化に伴うコンバイに利用するのがスマートハウス（賢い住宅）である。

ンドサイクル火力設備の出力変動（ガスタービン発電機の出力

スマート（賢い）グリッド（電力網・電力系統）は、スマー

が空気圧縮機に流入する空気の密度変化で変動）、補修による火

トハウスの考え方を電力系統全体にまで拡張したものと考えて力発電所の停止、などによって日々変化する。

よいだろう。最新の ICT 技術を活用して、再生可能エネルギー

電気予報はこれら需要と供給の両方の条件を考慮して作成さ等の分散型電源の大規模導入を進めながら、高効率、高品質、れる。しかし、実際の需要は気温のずれなど様々な要因で予測高信頼度の電力供給システムの実現を目指すものとされる。太通りとはならない。また、近年はさらに人々の節電効果をどこ

陽光発電や風力発電の増加に合わせて、負荷変動を吸収できるまで見込むか、実際にどこまで節電行動が行われるかも、予報

蓄電池や送電線の強化などのハード対策を同時に進める必要がの精度に影響する。

あるのは、スマートハウと同様である。

2

主題２「電気を届ける仕組み（コンセントの向こう（２））
」の学習展開授業のねらい：様々な形態のエネルギーを電気エネルギーに変換（発電）する仕組み、それを需要側に届ける電力輸送の仕組みを学ぶ。火力発電や原子力発電などでは元のエネルギーを発電機の回転エネルギーに変え、電磁誘導によって電気エネルギーに変えていること、並びに、電気を届けるため様々な電源を組み合わせ周
波数を一定に保ちながら電力消費の増減に対応していること、更に再生可能エネルギーによる電気の大量導入に向けた対応など新たな取り組みが始まっていることを簡潔に説明できる。
所要時間：２時間（１と２あわせて）学習の展開（２）
学習項目

学習のポイント

WS：ワークシート
教師用資料・WSとの関連等＜問いかけ＞
電気は生産と消費が同時に行われ、消家庭でのスイッチの ON-OFF がどのように把費量にあわせて同量の電気エネルギー 握されているかを予想させる。選択肢を示したワ WS1 「スイッチが瞬時に生産されている。ところで電力 ークシートを使用してもよい。
「ON」
がどうして
会社はどのようにして消費量の増減をわかる」
把握しているだろう？
１．電力を安定して届ける仕組み

電力のミックス

予備力

一日の電力消費の時間ごとの大まかな推移を知り、エネルギー源や特性の異なる様々な電源を多数組み合わせて電力消費の増減に対応してい 教師用 Q1－Q5
ることを押さえる。
・家庭の電力消費と日本全体での電力消費のパターンは異なること、高温多湿の日本では全体のピークは真夏の昼下がりであることに気付かせる。
－自分たちの生活パターンの連想から、日本全体でも夕方の団らん時などに電力需要のピークがあると思っている生徒がいる。社会の電力の使い方の実態に眼を向けさせたい。
－生徒の認識を確実に押さえるには電力の日 WS2「電力の日負負荷曲線を描かせるワークシートを使用す 荷曲線」
るとよい。
・使用量の変化にあわせて、エネルギー源や制御特性の異なる様々な電源の電気をミックスし、ぴったりと同じ量が発電されていることを伝える。
－エネルギー源及び発電方法に応じて、発電所 WS1 「スイッチには役割分担があることに気付かせる。
「ON」
がどうして
－需要と発電を合わせる仕組みは、WS1 の後 わかる」
半の実験で確かめられる。
－コンセントの電気は実質的に貯められない。 WS3「家庭の電気
それを実感するには、家庭で使う電気を乾電 を乾電池でまかな
池で賄なえるか計算してみるとよい。
おう」
・電気は貯められないため、最大需要に対する余裕分として、予備力（万一に備える余り）が必要なことを押さえる。

1

学習項目
電力の品質

２．今後の電力系統

固定価格買い取り制度

小売りの全面自由化と発送電分離

スマートグリッド

学習のポイント

教師用資料・WSとの関連等

・電圧や周波数だけでなく、空気のように思える 教師用 Q6、Q8
こと自体が「電力品質」の一つであることに気付かせる。
周波数変動の影響
・消費（需要）と生産（発電）のバランスと周波 に触れる場合は数の関係が「問いかけ」に対する答えである。 Q7
現在、電気を届ける仕組みに関する制度改革が進められている。自らの生活や将来の日本社会に関わる課題として、今後も関心を持ち続けることが必要であることを伝える
・制度が導入され、再生可能エネルギー電気の急 教師用 Q9－Q11
速な導入が進められていることを伝える。一方
で、大量導入に伴い、電気料金の高騰、電力品
質対策などの課題があることについても気付かせる。
・電力制度改革の一環として進められていること 教師用 Q13－Q14を伝える。内容について深入りする必要はない
が、関心を持ち続けていくことが大切であることを伝える。
・再生可能エネルギーの導入や家庭の省エネ推進 教師用 Q12に向けた総合的な対策としてスマートグリッ
ドの検討が進められている。但し、具体化はこれからであり、これで全てが解決するとの誤解を与えないように注意する。また、＜質問例１＞
・電圧や周波数が変動すると、生活にどのような影響があるか考えてみよう－電圧に関しては電池の電圧で考えさせるとよい。周波数に関しては Q7 参照。
教師用 Q7＜質問例２＞
・自由な発想で自分たちのスマートハウス、スマ WS4「スマートグ
ートグリッドを描いてみよう
リッドでわが家は－全体を考察することは困難なので、電気を含 どう変わる」
めたエネルギーをスマートに使うために、わが家にあったらいいなと思う装置や仕組み、
できたらいいなと思う今までと違う暮らし方を考えさせる。

＜まとめ＞
・需要と発電のバランスのとり方につい ・学習結果を予想と比較させ、消費量と発電量のて、最初の予想と実際の方法を比較
バランスのもとに電気エネルギーが届けられし、気付いたこと、印象に残ったこと
ることを再確認する。
を振り返ろう。
・電気の品質について振り返る。
・今後の電力系統について、電気を届けるために大事なポイントを自分の視点でまとめよう。

2

ワークシート１：スイッチ「ＯＮ」がどうしてわかるち

質問：コンセントの電気は、使う量とつくる量がぴったり一致している。つくる所（発電所）では、どのようにして「テレビのスイッチを入れた」ことを知り、つくる量を増やしている
たくしのだろう。答えを下の選択肢の中から選び、番号と選んだ理由を次の表に記入しよう。
答え

理

由

たくし

＜回答選択肢＞① 各家庭や会社の電力量計からの信号を受けて調整する。
② 長年の経験で、どのタイミングで調整すればよいかわかる。
③ 周波数に合わせて調整する。
たくわ④ 余ると勝手に電池に 蓄 えたり地面に捨てたりする。足りない時は逆に電池から勝手に補給される。
らん⑤ その他（自分の考えを理由欄に記入のこと）
発電所①（１）のワークシート 2 の「蒸気による発電実験」を体験している
場合は、送電スイッチを入り切りえいきょうした場合の影 響 を思い出そう。

②

天気予報
曜日

電力量計

発電所
Ｖ

景気・イベントなど

ｆ

周波数計

電圧計

③

発電所

④
発電所
電池

アース

【解説】
質問：コンセントの電気は、使う量とつくる量がぴったり一致している。つくる所（発電所）では、どのようにして「テレビのスイッチを入れた」ことを知り、つくる量を増やしているのだろう。答えを下の選択肢の中から選び、番号と選んだ理由を次の表に記入しよう。
答え

③

理
由
スイッチを入れたことは周波数の変化でわかる。1 件の家のスイッチが入ったくらいでは周波数の変化はほとんどないが、それらが積み重なることによって顕著な変化となり、周波数を元に戻すように発電所の出力が調整される。

【回答選択肢】① 各家庭や会社の電力量計からの信号を受けて調整する。
これは今後の導入が検討されているスマートメータのイメージだ。スマートメータによって電力の使用状況を把握・管理できるだけでなく、発電能力が足りない時は送電を遮断することもできる。スマートメータは広い意味では需給調整に貢献できるが、「スイッチを入れた」時のようなリアルタイムのバランスは周波数でないと確認できない。
② 長年の経験で、どのタイミングで調整すればよいかわかる。
これまでの使用実績をもとに地域全体の需要予測がなされ、必要な発電能力が確保される。
これまでの経験が予測に生かされているので広い意味では正解だが、スイッチを入れた時のようなリアルタイムのバランスは周波数でないと確認できない。
③ 周波数に合わせて調整する。
リアルタイムの需給バランスの調整は、周波数を常に基準の幅以内に維持するように、消費量の変化に応じて発電量を調整することで達成される。なお、電圧と需給バランスとの間に直接的な関係はない。
④ 余ると勝手に電池に蓄えたり地面に捨てたりする。足りない時は逆に電池から勝手に補給される。
発電能力に余裕ができた時に蓄えておくのは需給調整のために揚水発電（の揚水機能）や蓄電池に期待される役割であり、広い意味で正解としてもよい。近年の揚水発電には水を落して発電する時だけでなく、ポンプとして水を揚げるときにも周波数の調整機能をもたせたもの（周
波数の変動を抑制するように揚水流量、すなわち電力消費を変化させる）が採用されている。
この負荷側で周波数を調整する発想は、電気温水器のように加熱量（すなわち電力消費）を少し変動させても総合的な性能に影響しない機器にも適用することができ、検討が始まっている。
また、発電した電気を捨てるわけではないが、太陽光発電や風力発電が大量に導入されると、「捨てる」事態が生じる可能性がある。急な日射や風量によって一時的に発電能力が過剰に増えると、電力系統の安定化のため、太陽光や風力による電力を系統に受け入れない措置（接続拒否など）が必要となることがあり得る。したがって、捨てるも広い意味ではいずれ正解となるかもしれない。
⑤ その他（自分の考えを理由欄に記入のこと）
生徒の自由な発想を期待したい。

【スイッチ「ＯＮ」で周波数がどうなるか確かめてみよう】
１．主題２－(1)の「ワークシート２：蒸気による発電実験」を思い返してみよう
送電スイッチを「入り」「切り」すると、羽根車（発電機）の回転数はどうなったか（風切音は高音になった？ それとも低音になった？）。
蒸気による発電実験装置

２．周波数変化を調べてみよう
交流手回し発電機、周波数を測れるテスター、負荷（電球など）で電気を届ける仕組みを模擬し、負荷を増減した時の周波数変化や手回し発電機の手応えを確かめてみよう。
ぎ＜電気を届ける仕組みを模擬した回路図＞

ｽｲｯﾁ①
ｽｲｯﾁ②
ｽｲｯﾁ③
ｽｲｯﾁ④
ｽｲｯﾁ⑤
周波数
テスター
電球① 電球② 電球③ 電球④ 電球⑤

交流手回し
発電機

「実験手順」
じょじょ

１．スイッチ①を「入り」にして、交流手回し発電機を回し始める。徐々に回転数を上げ、電球①の明るさが適当なところで周波数を読み取り（なるべくきりのいい
値とする）、以後、その後の実験中もこの周波数を保つように、力を加減しながら手回し発電機を回す。
２．それぞれのスイッチを「入り」にしたり「切り」にしたりして、その時の周波数の動きや力の加減を次の表に記入する。
一定に保つ周波数

実験中、一定に保つ周波数を記入
周波数の動き

力の加減

「入り」
スイッチ
「切り」
「結論」
らん

空欄に言葉を記入しよう。
スイッチを入れると（負荷が増えると）

周波数が
下がり

もど

発電所は周波数を戻すために
発電量を
増やす

＜実験例＞
豆電球 5 個の並列回路（6.3V 仕様）
周波数
テスター

各豆電球のスイッチ

交流手回し発電機
周波数：0-400Hz 程度
電圧：最大約 15V

実験状況

豆電球 1 個⇔豆電球 2 個豆電球 4 個⇔豆電球 5 個⇔豆電球 3 個⇔300Hz

一定に保つ周波数
周波数の動き
「入り」

下がる

「切り」

上がる

スイッチ

力の加減
力を加えて周波数をもど元の値に戻した
力を減らして周波数をもど元の値に戻した・負荷を減らす（スイッチを切る）方向の方が、分かりやすい感じがした。
・手応えだけで確認するのであれば直流の手回し発電機で行ってもよいが、回転数の変化を定量的に確認（直流の場合は周波数の代用として回転数を観察することになる）させたいのであれば、交流の手回し発電機の方がテスターで簡単に測定できる。

ワークシート２：電力の日負荷曲線
夏の１日の電気消費量の変化をえがいてみよう。
（条件：夏の暑い日、平日、地域の電力会社における全電力消費量、最大値を 10 とする）

10
9
8
7

例１

6
5

例２

4
3
2
1
0

時刻
0

2

4

6

8

10

午前

12

2

午後

4

6

8

10

12

ワークシート２：電力の日負荷曲線
夏の１日の電気消費量の変化をえがいてみよう。
（条件：夏の暑い日、平日、地域の電力会社における全電力消費量、最大値を 10 とする）

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

時刻
0

2

4

6

午前

8

10

12

2

4

6

午後

8

10

12

かん

ワークシート３：家庭の電気を乾電池でまかなおう
けんかん

１軒の家庭が使う電気を単３形乾電池でまかなうには、１日にどれくらいのアルカリ電池がいるか計算してみよう。次の図は、１世帯当たりの電力消費量が毎年どのように変化してきたかを示したものだ。

けん

１軒の家庭（１世帯）が１ヶ月に使う電力消費量は、近年は約 300kWh である。したがって、１ヶ月を 30 日間として、けん

１軒の家庭が１日に使う電力消費量＝ａ10

10,000ｂ

kWh／日＝

Wh／日

k は 1000 倍を意味する補助単位
電池の容量（取り出せる能力）は、mAh で表される。mA は「ミリアンペア」を、h は「時間」を意味する。例えば、電池に 400mA が流れる電気製品をつないで 5 時間ずっとか

使い続けられたら、この電池の容量は両者を掛けあわせて、2000mAh となる。実は、アはんルカリ電池の能力は使い方によって変化する。このため、市販アルカリ電池には容量が示
かん

されていないが、一般的には単３形乾電池で、2,000 ～ 2,700 mAh※ と言われる。
アルカリ電池の電圧は 1.5V なので、これをかけて電力量にすると、
1.5V×2,000mAh＝3000mWh＝3Wh
電圧(V)と電流(A)の積が電力(W)m は 1/1000 倍を意味する補助単位
かん※wikipedia からかん

2700mAh も同じように変換して、１個の単３形乾電池の容量は、3 ～ 4Wh となる。
かん

ｂの値を乾電池容量で割ると、丸めて、少なくとも、毎日

3333
3000

～

2500

個／日

かん

個の乾電池がいる。

かん

乾電池 1 個 100 円として、毎日買えるだろうか。
【補足】ある電気自動車の電池容量は 24kWh だそうだ。満充電であればい

標準家庭 2.4 日分の電力がまかなえることになる。維持費を別にかんして、乾電池で 10 日間以上しのぐなら、この方が良さそうだ。

ワークシート４：スマートグリッドでわが家はどう変わる
次の図はスマートグリッドのイメージを示したものだ。その時、あなたの家はどのように変わっているだろう。電気などのエネルギーをスマートに使うために、わが家に取り入ちがれたい装置や仕組み、今までと違う暮らし方を考えてみよう。

スマート
メーター

出所：次世代エネルギーシステムに係る国際標準化に関する研究会報告書（平成 22 年 1 月）
および次世代エネルギー・社会システム協議会中間とりまとめ案（平成 22 年 1 月）からちが＜わが家に取り入れたい装置や仕組み、今までと違う暮らし方＞（上図の家庭部分に追記してもよい）＜説 明＞

Q1 一日の電気の使い方はどうなっている？
夏の最大ピーク時の需要曲線

・家庭での使い方（夜間に増える）と社会や産業界での使い方（多くの人が働いている時間に増える）は異なっている。
・冷房需要（冷房機器は電気がほとんど）で、昼間の使用量が急増

冬はどうなのかな・・・・
夏がひとこぶラクダなのに対し、
冬はふたこぶらくだ（最大値は夏より小さい）

朝夕の日照時間の短縮→照明需要（照明機器は電気がほとんど）
気温の低下→暖房需要（但し暖房のエネルギー源は多様）

出典：経済産業省資料等から作成

Q2 使用量の変化に対してどのよ
うに発電しているのだろう？
需要に合わせて様々な発電所の電気をミックスしている（注）風力発電や太陽光発電はまだ少ない。

出典：経済産業省資料等から作成

いつも発電能力が需要より多いということは余った分をどこかに捨てているということ・・・・
そんなもったいないことはしない。
一部の発電機（水力や火力）は、その発電機の最大出力より低いところで運転しており、需要の変化に合わせて常に出力を調整している。
予備力＝最大発電能力※２－最大需要※１
なお、電気予報では次の式で求めた予備率を使う
予備力
予備率（%）＝
×100
最大需要

出典：経済産業省資料
等から作成

電気は貯めらないので、消費と同じ量を同時に発電しなければならない。
不足しないように発電能力は常に需要より多く確保する。

Q3 電気予報はどのように予想？
最大需要を予測する• 季節、曜日を元に過去の使用実績を調べる。
• 天候・気温の予報をもとに増減を予想（気温が上がると冷房需要が増加）する。
• 景気動向、地域のイベントも考慮（夏の高校野球ではテレビ視聴が増加）する。
• 最近では節電効果の予測も重要な要因

適切な最大発電能力を確保• 川の流量を予測し流れ込み式水力の発電量を予測• 揚水発電所の水量を確保• 火力・原子力発電所の保守時期等を調整し必要な発電量を確保（注）
１．予備率は、需要予測とのずれ（3%程度）、発電機の計画外停止等（5%程度）を考慮して、
8～10%以上が適切なレベルと考えられている。
２．予備率の分母である最大需要は、大きさ及び発生時刻が地域によって異なる。したがって、複数の電力会社を含む地域全体の予備率を検討する場合は注意を要する。

どれくらい当たるの・・・・
様々な要因の結果であり、ぴったりと一致させることは難しい 需要のずれ• 天気予報と実際の気温の差による需要のずれ
気温1℃の差で増減する電力需要量を「気温感応度」と呼ぶ。
東京電力では約170万kW/℃と言われる。
出所：電気事業連合会ウェブサイトから• 人々の節電意識の変化
関西電力の気温感応度は2010年度で約110万kW/℃だったが、2012年度は約90万kW/℃だった。
出所：2013年3月6日電気新聞から

 供給のずれ• 天候によって川の水量が変化する。
気温はコンバインドサイクル火力などの発電に影響する。
• 発電所などの計画外の補修停止

コンバインドサイ
クルの火力発電
気温が上昇すると、ガスタービン側（（１）Q9参照）も、
蒸気タービン側（ （（１）Q8参照） ）も、出力が減る。

1

Q4 電池やコンデンサを使えば電気を貯められるのでは？

揚水発電の仕組みは・・・・

・電池やコンデンサの蓄電能力はまだとても小さい。
・揚水発電は比較的多くの電気を水の落差として貯められるが設置できるところが限られている。
電池に対する期待は大きい。
しかし、揚水発電と比べても高価で、まだまだ技術開発が必要だ。
（注）専門的になるが、電力系統には多くのコンデンサが設置されている。しかし、これは調相用であって、蓄電用ではない。
※※ナトリウム（Na）と硫黄（S）を使った高温作動型の電池
大規模化が可能で、高速応答性に優れ、自己放電がない、充放電効率が高いなどの特性がある。

夜の余った電気で水をくみ上げ、昼のピーク時に発電
水力発電であり、機動性に富む
・電気で水をくみ上げ再び発電する間の効率は約70%（約30％の電気が蓄電放電で失われる一種の電池）
・発電量は上池の水量で決まり、全出力運転すると、6～10時間程度で空になるものが多い。

出所：第28回基本問題委員会での経済産業省試料から作成

Q5 どうしていろんな発電方法の電気を組み合わせる？
・制御性（需要変動に素早く応答して出力を変化できる発電方式（水力や火力）を絶えず組み合わせる）
・経済性・環境性（低コスト・低環境影響のものを可能な限り優先）
・安定供給（エネルギー源を多様化しリスクを低減）

発電方法ごとの特徴は・・・・
発電方法ごとの制御性
発電方法
原子力発電
火力発電
水力発電※
風力発電
太陽光発電

出力の制御特性緩やかに調整可能、通常は一定運転
燃焼量を調整し、速やかに調整可能
水量を調整し、急速に調整可能
風の強さに従う
光の強さに従う※貯水池式、調整池式及び揚水式水力の場合、流れ込み式水力は河川からの水量に依存する。

エネルギー源を自然エネル
ギーに依存しているので、出力が利用者の意図に関係な
く、天候によって変動する。

各電源の発電コスト

円/kWh12.1‐26.4

25.1

8.6‐23.1
9.9‐20.0

8.8‐17.3

基底負荷（ベースロード）

出力変動が容易なことから調整可能（dispatchable）電源と呼ばれる

8.9～ 10.3

10.9

70%

80%

80%

9.2‐11.6

50%

20%

30%

80%

19.1‐22.0

10.6

12%

12%

45%

60%

（想定設備利用率）
2030年時点の発電コスト（上下限）
出所：コスト等検証委員会報告書から作成

ベースロード、ミドル、ピーク電源などの用語があったのでは・・・・• 平成26年改訂のエネ
ルギー基本計画の最後に、今後の電源ベス
トミックスに関する考え方が、右図のように示されている。
• そこに、電力需要のどこを分担するかに応じて、おおまかに電源の性格が、これらの用語（次のスライド）で説明されている。

電源構成の考え方• あらゆる面（安定供給、コスト、環境負荷、安全性）で優れたエネル
ギー源はない。
• 電源構成については、エネルギー源ごとの特性を踏まえ、現実的かつバランスの取れた需給構造を構築する。
• そのためのべストミックスの目標をできる限り早く決定する。

電源の性格
ベースロード電源：発電コストが低廉で、昼夜を問わず安定的に稼働できる電源
ミドル電源：発電コストがベースロード電源に次いで安く、電力需要の変動に応じた出力変動が可能な電源
ピーク電源：発電コストは高いが電力需要の変動に応じた出力変動が容易な電源

2

Q6 どうして消費量に対してぴったり合わせて発電できる？
・需要（消費量）を予想し（天気、曜日、イベント等に対する過去実績から）、当日に必要な発電所を予備力分も含めて確保
・当日の一瞬一瞬のバランスは、周波数がパラメーター
周波数

需要（消費量）

回転数が火力の半分でも磁石2組分が回り、周波数は60Hz
回転数が火力の1/10なので磁石10組分（NとSが合計20個） ※が回り、周波数は60Hz※磁石数は発電機による磁石（6回転/秒）※１交流を一旦直流にし再び任意の周波数の交流にしているので、元の交流の周波数は影響しない。

産業機械は損失につながるものもある※２
ポンプ・ファンであれば流量変動
糸巻などは巻ムラ※２誘導電動機を利用している機械は周波数の変動で回転数が変わる。

産業の場合、停電がもっと怖い（一瞬でも品質に大影響）
結果的に停電しなくても停電の可能性があると不良品のリスクが高まり生産計画が立てられない（半導体や食品、医薬品等の製造など）

Q8 いろんな電気を混ぜ合わせて問題はない？
電気の通り道を電気回路で表すと、並列回路の発電機と並列回路の負荷が接続されたものだ。
負荷

G

・
・
・

・
・
・

G

【原子力の発電機】
磁石（30回転/秒）【水力の発電機】

最近の家庭用の機械は影響を受けないものが多い
インバータ式※１のものは周波数変動の影響を受けない
回転系の機械や時計・タイマーに影響を受ける物がある

G

コイル

供給（発電量）Q7 周波数がずれると、私たちの生活の何が困る？

G

西日本の発電機は、・火力発電は3600回転/分（60回転/秒）
・原子力発電は1800回転/分（30回転/秒）
・水力は例えば 黒四で360回転/分（6回転/秒）【火力の発電機】
磁石（60回転/秒）

蒸気による発電実験において、負荷（消費量）
を入り切りすると回転数がどうなったか思い
出そう

発電機

回転数と周波数にはどんな関係が・・・・

様々な出力・特性の発電機の電気を適切に混ぜ合わせるには、つぎの項目について協調をとる必要がある。
・電圧の協調・回転（周波数）の協調（同期と呼ぶ）
・電圧波形の協調（正弦波）

発電所は周波数がずれると何が困る・・・・
周波数が上がり過ぎると、最終段の羽根が蒸気タービンの羽根車 一番長く最も危険

原子力・火力発電所のタービンの羽根が遠心力で損傷するおそれ

周波数が下がり過ぎると、
原子力・火力発電所のタービンの羽根が共振振動を起こす周波数（回転数）に近づき、振動で損傷するおそれ

出所：関電高浜発電所ウェブサイトから（注）タービンの羽根のそれぞれに共振回転数があり、運転回転数（周波数）付近では共振しないように設計されているが、実はその上下に多くの共振回転数が存在する。タービン起動時、共振領域は速やかに通過するように運転される。

周波数がある幅を超えて上がったり、下がったりすると、保護装置が働き、タービンの運転が停止される。
一つのタービンが止まると別のタービンの停止が続き、大停電につながる恐れがある。

電気に品質があるの・・・・当然ある。一番の品質は停電しないことだが、次の3項目
が代表的項目である。
・停電の頻度・時間が小・電圧が基準値内（101±6V以内、202±20V）
・周波数が基準値内（標準周波数±0.2Hz以内※）※北海道は±0.3Hz以内

我が国の品質は国際的に高い水準に維持されてきた。
台風の上陸が多かった（注）下の２項目は交流に伴う条件

これらを適正な範囲内に維持することによって、電気の品質を確保しながら安定的に送電することができる。
2010年版エネルギー白書から3

Q9 太陽光発電や風力発電を増やす制度とは？
平成２４年７月から始まった「再生可能エネルギーの固定価格買取制度」のことだ。電気事業者が全量を、市場より高い価格
で一定期間買い取ることが義務付けられた。
法律は「電気事業者による再生可
電源
太陽光
風力
地熱
中小
水力

調達区分
価格(円/kWh) 期間
4210kW以上20年
4210kW未満（余剰）10年
23.1
20kW以上20年
57.75
20kW未満27.3
1.5万kW以上
15年
42
1.5万kW未満
35.7
200kW未満30.45
200kW以上1000kW未満
20年
25.2
1000kW以上3000kW未満家で支払う電気料金より高く買い取るの・・・・
再生可能エネルギーの電気はまだ高価なので、市場原理に任せると導入が進まない。皆で痛みを少しずつ負担して、設備の設置を後押しする制度だ。

能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」（平成23年8月）
調達価格の英語の呼称 Feed in
Tariff から FIT と略称される

家庭用電気の料金は
21～25円／kWh程度

導入量の目標は設定されていない
買取価格：一度決めた買取価格を、所定の期間中（太陽光発電であれば20年）、ずっと適用して、事業を安定させる。
賦課金：差額は賦課金として毎月の電気料金に含まれる。金額は導入量に応じて毎年見直される。

資源エネルギー庁「再生可能エ
ネルギーの固定価格買い取制
度ガイドブック」2013年版から

注１．バイオマスによる電気も対象
２．価格・期間は平成24年度導入設備の値、年度ごとに見直される。

火力発電の燃料費との差額相当額が、電気料金に賦課金として上乗せされる。金額は導入量に応じて毎年見直される。

H25年度：0.35円/kWh
H26年度：0.75円/kWh

これで太陽光や風力発電はドイツ・スペインのように大幅に増える・・・・

再生可能エネルギー発電設備の導入状況• 買取価格が割高で簡単に始められる太陽光発電が急増しているが、風力や地熱などは、まだ増えていない（次頁スライド参照）。
• 買取価格の高い太陽光発電に偏ると、同じ発電量でも賦課金が増える。今後の国民負担が過度にならないように、適切なかじ取りが必要だ。
【ドイツ・スペインの状況】• 欧州連合（EU）には20‐20‐20※２と呼ばれる政策目標がある。
ドイツ・スペインのＦＩＴもこの目標達成に向けたものだ。

（平成２５年度末時点）

H24.7からの認定設備の累積量（約96%が太陽光発電）
出力
（万kW）

認定設備：固定価格買取制度の対象設備として国に認められた設備。買取価格は毎年低下する傾向にあるが、認定を受けると、発電開始が遅れても認定時の買取価格で売ることができる。

※２ 2020年までに、温室効果ガスを20%削減（1990年比）し、
全エネルギー消費の20%を再生エネルギーとする。

• 両国とも近年再エネが一気に増加し、電気料金の高騰、安価な中国・台湾製製品の急増で国内メーカーが破たんなどの問題が起こり、買取価格の引き下げ、新規買い取りの凍結などを余儀なくされている。
再エネの割合（％）（エネルギー消費全体／電力消費）
2006年
2010年
2020年（目標）
ドイツ
スペイン

6.9／11.37

11.0／16.9

18／38.6

9.0／17.58

13.8／33.06

20／40

出所：資源エネルギー庁プレスリリースのデータから作図（注）実際の発電量は稼働率による。地熱は高い稼働率が期待できるが、太陽光発電は12%程度、風力発電は20%程度にとどまる。

Q10 太陽光や風力発電が増える
ことの課題は？
① 発電方法に固有の課題（広大な土地を占拠・騒音など）② 電力系統における技術的課題③ コストなどの社会的課題（費用負担）－Q9参照

対策は・・・・

世界遺産に相応しい？

いずれの対策も費用と技術開発を要する• 高圧側で自動電圧調整• 柱上変圧器を増やす• スマートハウス化
家庭の機器を最適制御
家庭用蓄電池で調整

太陽光パネル

送配電の仕組みからの課題• 配電網（家庭などの）の電圧が上昇• 周波数の変動が増加• 蓄電池やバックアップ電源を増やす• 送電線のつながりを強化• スマートグリッド化
火力発電、水力発電、蓄電池をうまく組み合わせて、太陽光発
電や風力発電の変動を吸収する。
（注）矢印は電流の流れる方向※変動を吸収する能力は火力より水力や蓄電池の方が大きい。また、火力に頼り過ぎるとＣＯ２排出削減の効果が減る。

HEMS:Home Energy Management System
Bems:Building Energy Management System

4

Q11 地熱や中小水力の課題？

欧州では問題は出ていないの・・・・②の問題は比較的小さい。①と③が課題だ（番号はQ10）＜利点は共通＞• 大きな潜在力
地熱は世界3位の潜在量、小水力も多くの未開発地点• 年間を通して安定した発電が可能• 地域起こしへの活用可能性

再生エネ導入の意思と課題克服に向けた投資＜地熱の課題＞

・長年の議論で培われた導入への意思と着実で計画的な取り組み。
・揚水発電増設や送電線強化などの関連施設へのＥＵ全体での投資。
－量の拡大とともに、電気料金が上昇しており、導入量制限などの対応が行われている。

• 開発のリスク（事前に綿密な調査、それでも蒸気量が不足するリスク）• 地域との調整（温泉地帯と重なる）• 候補地のほとんどが自然公園内
地熱発電の仕組みは（（１）Q6参照）

欧州各国は周波数が等しく（50Hz）、
相互につながっている（一体運用は大き過ぎ、5エリアで分割運用）。

＜中小水力の課題＞• 建設地点の奥地化、小規模化
で高コスト• 農業用水や水道用水との調整（水利権）
上流に降った雨を山が一旦貯め込み、徐々に下流に流してくれると変動が少ない（山が太陽光や風力で必要となる蓄電池の役割をしている）。

2010年における欧州各国の電力輸出入

Q12 スマートグリッドとは何？

smart：賢い grid：電力網・電力系統

従来のグリッド（電力系統）

日本のスマートグリッド（賢い電力系統）のイメージ

電気

電気

発電

送配電

需要

・北欧の豊富な水力発電を再エネ
発電の負荷変動緩和に活用するなどの柔軟な運用が可能。
－量の拡大とともに、送電線の混雑、電圧変動などの課題が顕在化しており、対策が急がれている。

情報

何がスマート・・・・・系統全体では、天候の変動による電力の変動を、蓄電池の活用、地域間の電力輸送、水力、火力発電所の効率的運用などで抑制し、最小限の追加費用で再生可
能エネルギーの増加、電源の低炭素化を実現させることが期待されている。
・家庭では、エネルギーの使い方の見える化、マネジメントシステムの導入などによって、住まいの快適性を高めながら、省エネの実施、省エネを可能とするライフス
タイルへの転換を促進することが期待されている。

・電源の主役は大規模集中型
・総需要に応じて発電量をＩＣＴで集中管理（情報の流れは一方向）ICT：情報通信技術（（(Information andCommunication Technology）
出所：低炭素電力供給システム
研究会資料から・需給状況を踏まえて、発電・消費・貯蔵をＩＣＴで自律的分散的に管理（情報の流れは双方向）・分散型電源が増えた状況でも、高効率、高品
質、高信頼度の電力系統の実現を目指すもの

・欧州は再生可能エネルギーの大量導入とのマッチングを目指す。
・米国は老朽化した送電網の更新と信頼性向上を目指す。

Q13 電気事業者とは誰？
神戸製鋼などのIPPと共同火力、
公営水力など電気事業法で定められている
IPP：Independent Power Producer

10電力会社
北海道
東北
東京
中部
北陸
関西
中国
四国
九州
沖縄

電源開発
日本原子力発電

一般電気事業者と区別して新電力と呼ばれる。
2014年4月18日現在、203社が届出

契約電力が50kW以上の需要家

資源エネルギー庁HPから

六本木エネルギー
サービス㈱など

スマートグリッドの概念「固定価格買取制度」との関係は・・・・
Q9で言うところの電気事業者とは• 一般電気事業者• 特定規模電気事業者• 特定電気事業者のことだ。
再生可能エネルギー電気の発電事業をする者は「特定供給者」と呼ばれ、電気事業者を通して需要家に電気を届ける
特定供給者
再エネ電気を発電

PPS：Power Producer and Supplier

2016年に、全面自由化に移行する予定だ

スマート
メーター
出所：
次世代エネルギーシステムに係る国際標準化に関する研究会報告書（平成22年1月）及び次世代エネルギー・社会システ
ム協議会中間とりまとめ案（平成22年1月）から

納付金

全量
電気事業者

交付金

調達価格
で支払

電力多消費産業の割合
による不公平を調整。
必要な財源は国が措置

賦課金
支払

需要家

費用負担
調整機関

需要家※
（電力多消費産業）※年間使用量が100万kWh超賦課金単価は一般の80%

再エネ電気
お金

5

Q14 発送電分離とは？

発送電分離はなんのため・・・・
電力自由化にあわせて、送電網を全事業者に開放すると、消費者が自由に電気を購入する事業者を選択でき、発電事業と送電事業を分離すること• 電気料金が下がる（競争的市場によって）• 再生可能エネルギーの導入が伸びる（消費者の意思で）この部分を一般電気事業者
から、法的に分離する。

との期待がある。一方で、消費者の視点からは、（2018～20年頃までに）• 電力供給の安定性が向上、確保される（送配電系統への投資）ことも必要だ。
欧米の先行例をみると、これらの達成には、綿密な制度設計、社会の努力が必要なことが伺える。みんなでよく考えていかなければならな
い課題だ。

次のような分離の形態がある• 発電と送電を別会社とする（所有分離型）• 発電事業と送電事業を持ち株会
社下で別会社とする（法的分離型）• 電気事業者が設備を所有したま
ま独立系統運用者にまかせる（機能分離型）• 電気事業者の中で会計を部門ごとに分ける（会計分離型）
いずれの方式も、中立性・公平性の確保が大事

全面自由化
の予定

【欧米では】
エネ庁HPから
国際的には欧州で先行して進められてきた。
米国は発送配電を一貫して行う州と分離した州が混在している。
分離形態は、欧州では所有分離型が好まれ、米国では機能分離が選択される傾向にある。

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