重力発電

**重力発電**（じゅうりょくはつでん、または）とは、物体を重力に逆らって高所へ移動させることでエネルギーを位置エネルギーとして蓄積し、その物体を下降または落下させる際に発電機を駆動して電力を得る発電方式、またはエネルギー貯蔵技術の総称である。

主に再生可能エネルギーの出力変動を補完する**大規模[[充電|蓄電]]技術**の一種として位置付けられる。

## 概要
重力発電は、物体が高さを持つことで生じる重力による位置エネルギーを電気エネルギーへ変換する点に特徴がある。エネルギーを一時的に貯蔵し、必要に応じて放出するという点では蓄電池と同様の役割を果たすが、化学反応を用いない物理的エネルギー貯蔵であるため、長寿命で環境負荷が比較的低いとされる。

最も代表的な重力発電は揚水発電であり、20世紀中頃から実用化され、2026年現在も世界最大規模の電力貯蔵手段として利用されている。

## 原理
重力発電は、質量 *m* の物体を高さ *h* に持ち上げることで得られる位置エネルギー*E = mgh*（*g* は重力加速度）を利用する。

電力供給が需要を上回る時間帯に電動機を用いて物体を上昇させ、電力需要が高い時間帯に物体を下降させることで、発電機を回転させ電力を回収する。

この過程において、機械損失や摩擦、発電効率などによりエネルギーの一部は失われる。

## 歴史
重力を利用した発電の概念自体は、水車や落水式水力発電など古くから存在していた。

重力発電を**エネルギー貯蔵技術**として体系的に利用し始めたのは、20世紀に入ってからの揚水発電である。

1950年代以降、火力発電や原子力発電のベースロード運用を補完する目的で揚水発電所が各国で建設された。

21世紀に入ると、太陽光発電や風力発電の導入拡大に伴い、従来型揚水発電に加えて、固体重力発電や地下型など新たな方式が研究・開発されるようになった。

## 主な方式
### 揚水発電
上部貯水池と下部貯水池の間で水を循環させる方式。

余剰電力で水を汲み上げ、需要増加時に落水させて水車発電機を回す。
* 技術成熟度が高い
* エネルギー効率は一般に70〜80%程度
* 大規模な地形改変と水資源を必要とする
世界の電力系統におけるエネルギー貯蔵容量の大部分を占めている。

### 固体重力発電
水の代わりにコンクリートブロック、金属塊、岩石などの固体を重りとして用いる方式。

クレーンや昇降機構によって重りを上下させ、発電を行う。
* 水資源を必要としない
* 地形制約が比較的少ない
* エネルギー密度が低く、大型構造物が必要
2026年現在は実証実験段階にあるものが多い。

### 地下・坑道型重力発電
廃坑、立坑、地下シャフトなどを利用し、重りを垂直方向に移動させる方式。

既存インフラの再利用が可能とされ、環境負荷の低減が期待されている。

### 海洋・浮体型構想
浮体構造物や海中の重りを利用する構想も提案されているが、商業化には至っていない。

## 効率と性能
重力発電の往復効率（充電から放電まで）は方式によって異なるが、揚水発電では比較的高い値を示す。一方、固体重力発電では機械的損失の影響が大きく、効率向上が課題とされる。

エネルギー密度は化学電池と比べて低く、大容量化には質量や高度差を大きく取る必要がある。

## 利点と課題
### 利点
* 長寿命で繰り返し使用に強い
* 原材料に希少金属をほとんど使用しない
* 大規模・長時間のエネルギー貯蔵が可能

### 課題
* 初期建設コストが高い
* 設置場所に制約がある
* 小規模用途には不向き

## 他の蓄電技術との比較

重力発電は、短時間の需給調整よりも、電力系統全体の安定化を目的とした用途に適している。

## 研究・開発
### 国際的な開発動向
#### 商用・実証プロジェクト
2025年、従来の揚水発電に代わる新たな
* 重力エネルギー貯蔵（Gravitational Energy Storage System, GESS）
* 技術の商用化・大型実証プロジェクト
が世界各地で進行している。
; 中国での商用重力蓄電プロジェクト
: 米国・スイス系の企業が開発する「EVx重力式エネルギー貯蔵システム」は、中国企業との提携の下、**[[如東県]]に約25 MW/100 MWh規模の商用重力貯蔵施設が試験・試運転に成功**している。このシステムは国家送電網へ相互接続され、**複数の追加プロジェクト（合計数基・数GWh規模）が建設・計画段階にある**と報じられている。ビジネスワイヤ+1
: このような大型プロジェクトの進展は、重力貯蔵技術が実用的な長期蓄電手段としてシステム全体の電力バランス調整に寄与しうる可能性を示している。
; 欧州の地下坑道利用プロジェクト
: フィンランドを含む欧州では、**廃坑や深部地下坑道を利用した重力エネルギー貯蔵の研究・提案**が進んでいる。具体例として、閉山済みの鉱山坑道を活用し、再生可能エネルギーの貯蔵に利用するための重力蓄電コンセプトが検討されている。これには既存インフラの再利用や立地面での高度差の確保が期待されている。
; 米国・その他地域での技術検証
: 米国を中心に、**固体重力蓄電技術を手がけるスタートアップ企業**も存在しており、コンクリートや重りを上下させる方式による実証プラントや都市部向け蓄電システムの開発が進められているとの報道もある。これらはまだ規模が比較的小さいものの、重力蓄電を都市環境や非山岳地帯でも活用する可能性を探るものとされている。

### 研究・技術開発の方向性
; 技術的深化と設計最適化
: 重力蓄電システムの研究は、単に重りを上下させる「重力電池」構造の改良にとどまらず、高層建築物と統合した設計、大型構造物を用いた高効率機構、油圧補助型システムなど多岐にわたる。例えば、建築設計事務所と重力蓄電企業の**グローバルパートナーシップによる新たな統合設計提案**が発表されている。これにより都市・ビル内でGESSを導入するための実装可能性が高められている。
; 学術研究・モデル化
: 学術的には、重力蓄電の性能評価、効率最適化、運用スケジューリングなどの研究が進められており、**廃鉱坑を用いたシステムの動作モデリングやスケジューリング最適化の研究**が報告されている。こうした研究は技術的有効性や地域特性を考慮した実装可能性の検討に寄与している。

## 市場動向と産業展望
### 市場規模の予測
重力エネルギー貯蔵システム市場は、再生可能エネルギーの普及と需給調整のニーズ拡大に伴い成長が期待されている。市場調査によると、**世界の重力エネルギー貯蔵システム市場は2030年までに数千万米ドル規模へ成長するとの予測がある**と報告されている。また、地域別では中国市場の成長が特に高いとされ、米国、欧州、日本、カナダなどでも市場拡大が予測される。

### 産業競争と企業動向
GESS領域には複数の企業が参入しており、世界的な産業競争が形成されつつある。技術提供、設備建設、設計統合などをめぐる提携や技術開発が活発化しており、特に大規模グリッド向けシステムに対する商用導入への動きが加速している。

## 国際的な政策・導入動機
各国・地域では、**再生可能エネルギーの変動性への対応、電力系統の安定化、[[化石燃料]]依存の削減**といった政策目標を背景に、大規模蓄電技術の導入促進が進んでいる。重力発電は当初は揚水発電が主流だったが、2026年現在の技術革新により、**地形条件に依存しない新たな重力蓄電ソリューションが国際的に注目されつつある**。

## 課題と将来展望
揚水発電は2026年以降も主要な大規模蓄電技術として利用されると考えられている。一方、新型重力発電は技術的・経済的検証が進められている段階であり、再生可能エネルギーの普及状況や政策動向によって導入が左右されると考えられる。

国際的な開発は進展しているものの、経済性、エネルギー効率、建設コスト、土地利用・都市統合といった課題も存在している。そのため、**技術成熟とコスト低減の両面での実証が2026年以降の鍵となる**。成功事例の蓄積や政策支援が進めば、重力発電は再生可能エネルギー大規模導入時代の重要なエネルギー貯蔵手段の一つとして定着する可能性がある。

## 脚注

### 出典

## 参考文献

# ^ International Energy Agency (IEA), *Energy Storage – Tracking Clean Energy Progress*
# ^ U.S. Department of Energy, *Grid Energy Storage Overview*
# ^ Luo, X. et al., “Overview of current development in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation”, *Applied Energy*, 2015.
# ^ Budt, M. et al., “A review on compressed air energy storage: Basic principles, past milestones and recent developments”, *Applied Energy*, 2016.
# ^ Schmidt, O. et al., “The future cost of electrical energy storage based on experience rates”, *Nature Energy*, 2017.
* International Renewable Energy Agency (IRENA),  **Electricity Storage and Renewables: Costs and Markets to 2030**, 2017.
* European Commission,  **Energy Storage – the role of electricity**, 2020.
* Deng, Y., Zhang, Y.,  **Gravity energy storage: A review of technology and applications**, *Renewable and Sustainable Energy Reviews*, 2021.

## 外部リンク
* International Energy Agency (IEA)  
* International Renewable Energy Agency (IRENA)  
* U.S. Department of Energy – Energy Storage
* 世界エネルギー会議（World Energy Council）