次世代電気技術〜未知の可能性に挑む〜

2023年9月5日 20:52

電気は私たちの生活に欠かせないものですが、その裏ではさまざまな技術が進化しています。今回は、次世代電気技術と呼ばれるものについて紹介します。次世代電気技術とは、従来の電気技術を超える性能や機能を持つもので、環境や社会に貢献することが期待されています。具体的には、次のような分野があります。

それぞれについて見ていきましょう。

次世代発電

次世代発電とは、再生可能エネルギー（太陽光や風力など）や原子力などを使って、安全で効率的に電気を作る方法です。2050年には日本はカーボンニュートラル（温室効果ガスの排出量と吸収量が同じになること）を目指しているので、再生可能エネルギーの導入を拡大する必要があります。しかし、再生可能エネルギーは天候や時間帯によって出力が変わるため、系統安定性（電圧や周波数を一定に保つこと）を確保することが課題です。そこで、次世代発電では、以下のような方法が期待されています。

核融合発電

水素原子同士を高温高圧でぶつけて融合させることで大量のエネルギーを得る方法です。核分裂発電と違って放射性廃棄物が少なく、原料も豊富ですが、実用化にはまだ時間がかかります。

バイオマス発電

植物や動物の残さや廃棄物などを燃やして発電する方法です。二酸化炭素の排出量は増えますが、それらは植物が光合成で吸収したものなので、カーボンニュートラルと考えられます。

地熱発電

地下深くの高温水蒸気や温泉水を利用してタービンを回して発電する方法です。火山地帯に多い日本では有望なエネルギー源ですが、開発には環境への影響やコストなどの課題があります。

次世代蓄電池

次世代蓄電池とは、従来の蓄電池よりも高い容量や寿命を持ち、安全で低コストで製造できるものです。再生可能エネルギーの出力変動を吸収したり、ピーク時の需要を満たしたりするためには、大量かつ長時間の蓄電が必要です。また、電気自動車やロボットなどにも高性能な蓄電池が求められています。そこで、次世代蓄電池では、以下のような技術が開発されています。

全固体電池

電極と電解質の両方が固体でできた電池です。液体やゲル状の電解質を使う従来の電池と比べて、発火や漏電の危険が少なく、高温や低温にも強いです。また、高いエネルギー密度（単位重量あたりのエネルギー量）を持つことが期待されています。

リチウム空気電池

リチウムと空気中の酸素を反応させて発電する電池です。理論的には、全固体電池の10倍以上のエネルギー密度を持つことができますが、実用化にはまだ技術的な課題が多くあります。

金属空気電池

金属と空気中の酸素を反応させて発電する電池です。リチウム空気電池よりも安価で安全な金属（亜鉛やアルミニウムなど）を使うことができますが、水素や二酸化炭素などの影響を受けやすいという欠点があります。

次世代モーター

次世代モーターとは、従来のモーターよりも高い効率や出力を持ち、小型で軽量で静音なものです。電気自動車やロボットなどには、高性能なモーターが必要です。また、工場や家庭などで使われるモーターの効率向上は、省エネルギーにも貢献します。そこで、次世代モーターでは、以下のような技術が開発されています。

超伝導モーター

超伝導材料（低温で電気抵抗がゼロになる材料）を使って作ったモーターです。従来のモーターと比べて、大幅に効率や出力を向上させることができますが、冷却装置などのコストや信頼性などの課題があります。

磁気浮上モーター

磁力で回転子（回る部分）を浮かせて摩擦を減らすモーターです。従来のモーターと比べて、効率や寿命を向上させることができますが、制御技術や安定性などの課題があります。

ナノテクノロジーモーター

ナノメートル（1億分の1メートル）レベルの微細構造を持つ材料やデバイスを使って作ったモーターです。従来のモーターと比べて、小型で軽量で高性能なものを作ることができますが、製造技術や耐久性などの課題があります。

次世代電力ネットワーク

次世代電力ネットワークとは、送配電網（発電所から消費者までの電力を運ぶ線路や変圧器など）を高度に制御することで、電力の安定供給や効率的な利用を実現するものです。再生可能エネルギーの導入や電気自動車の普及などによって、電力の需要や供給が複雑に変化するため、従来の送配電網では対応できなくなっています。そこで、次世代電力ネットワークでは、以下のような技術が活用されています。

スマートメーター

消費者の電力使用量や時間帯をリアルタイムで測定し、送配電事業者や発電事業者に伝えるデバイスです。これによって、需要と供給のバランスを最適化したり、ピークカット（ピーク時の需要を減らすこと）やピークシフト（ピーク時の需要をずらすこと）を促したりすることができます。

マイクログリッド

地域内で発電や蓄電を行い、自律的に電力を管理する小規模なネットワークです。災害などで大規模な送配電網が停止した場合でも、地域内で電力を確保することができます。また、再生可能エネルギーの出力変動を吸収することもできます。

パワーエレクトロニクス

電圧や周波数などの電力の特性を変換する装置です。これによって、異なる特性の電力を相互に接続したり、品質や安定性を向上させたりすることができます。

まとめ

以上が、次世代電気技術についての紹介です。これらの技術はまだ発展途上であり、さらなる研究や実証が必要ですが、将来的には私たちの生活や社会に大きな変化をもたらすことが期待されています。次世代電気技術に興味がある方は、ぜひ詳しく調べてみてください。