化石燃料はどのように電力を生成するのか

世界の電力の約3分の2は化石燃料で発電されています。化石燃料は石炭、石油、天然ガスで、数百万年前の植物や動物の遺骸が地下で変化したものです。米国では電力の約半分が石炭燃焼で賄われており、石炭火力発電所を例に化石燃料が電気を生み出す仕組みを説明します。

燃焼（Combustion）

化石燃料から電力を得る根本的なプロセスは燃焼です。石炭、石油、天然ガスを発電所で燃やし、化学エネルギーを熱エネルギーに変換します。その熱で機械的または電気的エネルギーに変えるのが基本です。燃焼により二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、メタン、粒子状物質などが排出され、環境や大気品質に悪影響を与えます。

粉砕石炭（Pulverized Coal）

採掘された石炭は粉砕して粉末状にします。粉末は表面積が大きく、燃焼しやすくなります。粉砕石炭は酸素と混合され、ボイラー（燃焼室）に吹き込まれ、高温で燃焼して高温ガスを生成します。

蒸気タービン（Steam Turbine）

ボイラー内の水管に流れる水が燃焼ガスの熱で蒸気に変わります。高圧蒸気はタービンへ送られ、タービンのブレードに衝突して回転軸を高速で回転させます。蒸気はタービン後に凝縮器で水に戻り、再びボイラーに循環します。冷却塔で放熱した熱は大気へ放散されます。

発電機（Generator）

回転軸に取り付けられた発電機は、コイルと強力な磁界で構成されます。コイルが磁界中を回転すると電流が誘導され、電力が生成されます。生成された電力は変圧され、高電圧で送電線へ送られ、各家庭や事業所で低電圧に変換されて使用されます。

バリエーション（Variations）

燃焼プロセスにはさまざまなバリエーションがあります。例として、統合型ガス化複合サイクル（IGCC）プラントは石炭をガス化し、ガスから不純物を除去してから燃焼させ、排出ガスを低減します。天然ガス発電所の多くは蒸気ではなく高温ガスでタービンを駆動し、コンバインドサイクル方式ではガスタービンの排熱を利用して蒸気タービンを回すことで効率を向上させています。