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再生可能エネルギーによる発電方法の種類・特徴を紹介！現状・今後の展望を解説
目次
再生可能エネルギーは、技術の発展とともにさまざまな発電方法が開発されてきました。自社で再生可能エネルギーを取り入れたい、発電方法の種類や特徴が知りたいという担当者も多いのではないでしょうか。本記事では、再生可能エネルギーによる発電方法について、種類や特徴、展望を解説します。
脱炭素を目指すなら再生可能エネルギーが鍵
近年は、地球温暖化や化石燃料の枯渇などの課題を回避するため、世界的に脱炭素の必要性が指摘されています。日本でも温室効果ガスの排出ゼロを目指し、再生可能エネルギーの導入に力を入れています。再生可能エネルギーはCO2の排出を抑えて継続的に利用できる、サステナブルなエネルギーといえます。
再生可能エネルギーによる発電方法
再生可能エネルギーの発電方法として広く知られているのは、太陽光発電や水力発電ですが、それ以外にもさまざまな発電があります。
太陽光発電
太陽光発電は、太陽の膨大な光エネルギーを活用する発電方法です。光エネルギーが太陽光パネルに当たることで、電気に変わります。太陽光パネルを設置するための敷地が確保できない場合は、日当たりのよい屋根や壁など建物への設置も可能です。太陽光があれば発電できるため、送電設備のない地域や災害時でも電源として活用できます。
※参考：太陽光発電｜経済産業省
水力発電
水力発電は、水が流れるエネルギーを活用して発電する方法です。ダムや滝、河川の流水の他、農業用水などを利用することもあります。天候の影響を受けず、安定したエネルギー供給ができる発電方法として、古くから活用されてきました。一方で大規模な発電を求める場合はダムを建設する必要があり、ダムの建設には費用や建設場所などの課題があります。
※参考：水力発電｜経済産業省
バイオマス発電
バイオマス発電は、生物資源の燃焼やガス化によって発電する方法です。バイオマスは生物資源を意味しており、森林の間伐材や稲のわら、家畜の排せつ物、生ごみなどがあります。本来ただ廃棄されていただけの資源を有効活用できる点がメリットです。ただし、広範囲から資源を収集・運搬しなければならない点や、管理にコストがかかる点が課題となっています。
※参考：バイオマス発電｜経済産業省
風力発電
風力発電は、風車のモーターを回すことで発電する方法です。陸地に風車を設置する陸上風力と、海上に風車を設置する洋上風力があります。風が吹いていれば昼夜を問わず継続的に発電できる反面、発電量は風向きや風速の影響を受けてしまう点が課題です。また、騒音が発生するため、近隣への配慮が必要です。
※参考：風力発電｜経済産業省
地熱発電
地熱発電とは、火山などの地下深くにある蒸気を活用して発電する方法です。総発電電力量は少ないものの、日本には火山地帯が多く、枯渇の心配がない発電方法として注目されてきました。地熱発電は地熱活動が活発な地域に適しており、天候や時間帯を問わず発電できます。
※参考：地熱発電｜経済産業省
太陽熱発電
太陽熱発電は、太陽が発する熱を使って発電する方法です。太陽光発電は光による光電効果を利用しているのに対し、太陽熱発電は太陽が発する熱を集めて発電します。太陽光発電は太陽光が当たらなければ発電できませんが、太陽熱発電は蓄熱しておいて夜間に発電することも可能です。湿度には弱いため、湿度が高い梅雨の時期などは発電効率が下がってしまいます。
※参考：太陽熱利用｜経済産業省
波力発電
波力発電は、海洋の波が上下する力を利用して発電する方法です。発電量が大きく安定して、長期的にエネルギーを得られることがメリットです。一方で、塩害や海洋物の付着、台風や津波がきた場合の安全性の問題、漁業や海運業との協力などが課題となっています。さらなる普及に向けて、振動水柱型・可動物体型・越波型など、複数方式の研究が進められています。
再生可能エネルギーによる発電効率
再生可能エネルギーはメリットが多いものの、日本の主な発電方法である火力発電と比較すると、水力発電を除いて発電効率が悪いという面があります。
しかし、再生可能エネルギーは温室効果ガスを排出しない、国内のエネルギー自給率がアップするなどのメリットを得られます。脱炭素社会の実現に向けて再生可能エネルギーの研究開発が進んでおり、発電効率も高められるようになりました。
再生可能エネルギーによる発電方法の割合
再生可能エネルギーが注目されていますが、発電方法の割合はどのくらいなのでしょうか。日本と世界の発電方法の現状も、確認しておきましょう。
日本における発電方法の現状
経済産業省が2024年に発表した、「今後の再生可能エネルギー政策について」によると、2022年度の国内の電源構成のうち、再生可能エネルギーの割合はわずか21.7％でした。2011年度の割合は10.4％だったため、増加傾向にあることがわかります。増加している理由は、国や自治体の政策、研究開発によるものと考えられます。
※参考：今後の再生可能エネルギー政策について | 経済産業省
世界における発電方法の現状
資源エネルギー庁の資料によると、2020年の再生可能エネルギー発電比率は以下の通りです。
【世界の再生可能エネルギー発電比率】
・アメリカ：19.7％
・イギリス：43.1％
・ドイツ：43.6％
・フランス：23.8％
アメリカはCO2排出国の上位にあがっていますが、再生可能エネルギーの発電比率は日本よりも少ないことがわかります。ただし、太陽光発電の導入に力を入れているため、この割合は増加するでしょう。
半分近くを再生可能エネルギーで賄っているイギリスでは洋上風力に力を入れており、ドイツでは風力と太陽光発電に力を入れています。フランスの再生可能エネルギー発電比率は日本より高いものの、火力発電の割合が低く、主に原子力発電を活用している点が特徴です。
※参考：国内外の再生可能エネルギーの現状と今年度の調達価格等算定委員会の論点案｜資源エネルギー庁
再生可能エネルギーの活用技術は発展している
再生可能エネルギーの活用技術は日々研究が進んでおり、発電方法も発展しています。
多種多様な風力発電の技術
風力発電は風向きや風速の影響を受ける課題を解決するため、技術開発が進められています。例えば、羽がなく風向きを問わず発電できる「垂直軸型マグナス式風力発電機」は、既存の風力発電機では対応が難しい台風時でも発電できます。また、限られたスペースに設置でき、風速が低くても対応できる「エアドルフィン」も登場しています。
※参考：台風でも発電可能な「垂直軸型マグナス式風力発電機」｜環境省
海洋温度差発電
海洋温度差発電は、水温の違いを利用してタービンを回し発電する方法です。海水は表層部分が太陽光により温められており、深層部分は冷たいことが特徴です。この表層と深層の水温の違いを利用します。水を利用する点は水力発電と同じですが、新たにダムを建設しなくてもできる発電方法として注目されています。
※参考：夢の発電・海洋温度差発電の実用化に向けて｜政府広報オンライン
宇宙太陽光発電システム（SSPS）
宇宙太陽光発電システム（SSPS）は、現在使用されている太陽光発電の課題を解消できる発電方法です。アメリカのPeter. Glaser博士が提唱しました。太陽光のエネルギーの一部を宇宙空間で変換し、地球に送る技術が活用されている点が特徴です。昼夜や天候を問わず発電できる方法として、研究が進められています。
※参考：宇宙太陽光発電システム（SSPS）について｜JAXA 研究開発部門
マイナス環境負荷発電
マイナス環境負荷発電は、アイスランドで研究が進められている発電方法です。地熱発電のCO2排出という課題を解消できる方法として開発されました。地熱発電によって排出されるCO2を再び地中に戻すことで、環境に負担がかからないようにする仕組みです。新しい発電方法として利用できるよう、実証実験が進められています。
発展が期待される再生可能エネルギー
現在、主に利用されている再生可能エネルギーに加えて、今後の発展が期待されている発電方法もあります。
水素エネルギー
水素は燃焼してもCO2が発生しません。さらに、水素エネルギーはさまざまな資源から生成できます。水素を利用した発電方法は、水素を燃焼させる「ガスタービン発電」や「汽力発電」、水素と酸素を反応させる「水素電池」があります。水素発電の課題は、製造や保存、輸送にコストがかかる点と、製造方法によってはCO2が排出されることがある点です。
※参考：次世代エネルギー「水素」、そもそもどうやってつくる？｜経済産業省
アンモニアエネルギー
アンモニアエネルギーも燃焼によるCO2の排出がありません。アンモニアエネルギーは、水素エネルギーの課題である保存や輸送の面で負担が少ないことから、注目されるようになりました。既存の火力発電設備が利用できたり、保存や輸送のインフラが整っていたりする点もメリットです。
しかし、アンモニアを製造する過程でCO2や窒素酸化物が排出される点は課題です。
※参考：第4節 燃料アンモニアの導入拡大に向けた取組｜経済産業省
海洋エネルギー
海洋エネルギーとは、前述した波力発電や海洋温度差発電の他、潮の満ち引きを利用した潮力発電のことを指します。潮力発電は天候に左右されず、コストもかかりにくく、安定的に電力を供給できる点がメリットです。
デメリットは、海水に含まれる塩分の影響を受けやすいため、設備のメンテナンス費用がかかりやすい点です。海に囲まれた日本は海域が広く海洋エネルギーが豊富にありますが、まだまだ研究が必要といえます。
※参考：2.1.6 水力発電・海洋発電｜国立研究開発法人 科学技術振興機構
今後の日本における発電方法の方向性
再生可能エネルギーの利用が注目されるなか、日本の発電方法はこの先どのように変化していくのでしょうか。
輸入資源に頼らない発電方法
日本はエネルギー資源が少ないため、輸入に頼らざるを得ない状況です。化石燃料の枯渇などで万が一電気の輸入がストップすれば、生活への影響は必須です。そのような事態を避けるためにも、輸入資源に頼らない発電方法が求められています。電気の自給率を上げれば、輸入に頼らなくても安定的に電気を供給できるようになります。
環境負荷が少ない発電方法
地球温暖化は、異常気象や災害、作物の不作など生活に大きな影響を与える要素の1つです。現時点で主流となっている火力発電ではCO2が排出されるため、地球温暖化の進行が懸念されます。そこで、環境負荷の少ない発電方法が求められています。環境負荷の少ない発電方法が、今回解説してきた再生可能エネルギーを利用した方法です。
まとめ
再生可能エネルギーを利用した発電方法で、地球温暖化の要因ともなるCO2の排出が抑えられます。地球温暖化は地球規模の課題となっており、各国でさまざまな対策が実施されています。資源の少ない日本においては、再生可能エネルギーで電気の自給率を上げることで、電気の安定供給も可能です。
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執筆者プロフィール
会社名：東京瓦斯株式会社
部署名：ソリューション事業創造部
執筆者名：大塚勝臣（おおつかかつおみ）
執筆者の略歴（職務経歴、保有資格、受賞歴など）：
1992 年入社以来、様々な形で省エネ・脱炭素ソリューションの導入に関わる。
一級建築士
一級管工事施工管理技士
MBA
