再生可能エネルギーによる発電には、太陽光や風力、水力、地熱、バイオマスなどさまざまな種類があります。発電効率とは、それぞれのエネルギーから、どれだけ電力を得るかを示した数値です。企業が再生可能エネルギーを導入する際の目安となります。
この記事では、再生可能エネルギーの発電効率の基本知識や発電方法の種類、発電効率の比較などを解説します。ぜひ参考にしてください。
企業が再生可能エネルギーによる発電を導入する際には、発電効率を理解しておくことが望ましいでしょう。ここでは、発電効率の基本知識を解説します。
発電効率とは、一定のエネルギーから、電力（電気）に変換（発電）できる量を示す指標です。発電効率は、エネルギーを電気に変換することから、電気変換効率ともいわれています。発電効率が高いほど、電力に変換できる量（発電量）が多くなり、一定のエネルギーから作られる電力量も多くなります。
ただし、発電効率が高い発電設備ほど、イニシャルコストが高い傾向です。
エネルギーを電気に変換しなければ、電気として使えません。電気は再生可能エネルギー以外にも、火力や原子力などで発電しています。電気変換する燃料として主に使われるのは、太陽光や風、水、ガス、石炭、原子力などです。燃料は、そのままでは電気にならないため、電気として使用するためには、燃料からエネルギーを抽出し電気に変換しなければなりません。
例えば、風力であれば風から得た運動エネルギーを電気に変換します。石油や石炭であれば、燃焼して得られる熱エネルギーを電気に変換する仕組みです。水の場合は、水が流れたり、落ちたりする勢いから出る位置エネルギーを電気に変換します。エネルギーを、変電装置や発電装置などで、電気に変換することが発電の仕組みです。
発電とエネルギー変換は、同じ意味と理解しておくと分かりやすくなります。
再生可能エネルギーを電気として利用するには、太陽光や風力などから得たエネルギーを電気に変換しなければなりません。発電効率は、使用したエネルギーに対して、どれだけの電力が発生したかを示す数値です。
再生可能エネルギーの発電効率は、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換できる割合となります。例えば、燃料から抽出したすべてのエネルギーを電気に変換できれば、発電効率は100％です。それが、半分の変換であれば50％となります。理想は発電効率が100％であるため、発電効率が高いほど理想的なエネルギーといえるでしょう。
再生可能エネルギーには、さまざまな発電方法があり、発電方法によって発電効率は異なります。ここでは、発電方法と発電効率の目安を解説します。
太陽光発電の再生可能エネルギー発電効率は、20％程度が目安です。あくまでも目安であり、太陽光発電の研究開発は急速に進化しているため、今後も発電効率の向上が期待できます。太陽光発電の発電効率とは、太陽光エネルギーを電気に変換した割合です。
太陽光パネルの角度や日差しの強さなどのパラメーターにより、発電効率は異なります。ただし、太陽光発電の発電効率の測定には、世界共通のルールがあるため、各メーカーはそれに従って測定しなければなりません。
太陽光パネルのスペックなどをみれば、「発電効率◯◯％」と記載されています。それが、世界共通の条件で測定した数値です。現状で住宅用や産業用として普及しているのが、シリコン系太陽電池となります。このシリコン系太陽電池の発電効率が約20％です。また、コストは高くなりますが、化合物太陽電池であれば、発電効率を約40%まで引き上げられます。
水力発電の発電効率は80％程度とされており、自然エネルギーのなかで最も高い発電効率です。また、気象などの条件で発電量が変化しないことが、大きな特徴といえます。ただし、大規模水力発電は、多くの場所で開発が進められてきたため、新たなダムの候補地を探すことが難しいのが現状です。
また、ダムの建設には、巨額のイニシャルコストと長い時間が必要となるため、今後の新しい大規模水力発電の整備は難しいでしょう。ただし、新たな水力発電として、川の流水や用水路、上下水道の利用が進められています。これからの水力発電は、大規模ではなく中小規模水力発電が増えるといえるでしょう。
風力発電の発電効率は40％程度が目安であり、風さえあれば、24時間発電可能であることが特徴です。風の強弱によって、発電できる電力量は異なりますが、平均的な発電効率は40%程度とされています。風力発電は、国や地域よって普及が異なるのも特徴です。
日本での普及は進んでいませんが、デンマークでは総発電量の半分を占めるようになりました。中国は、大規模な風力発電設備の導入拡大を進めています。風力発電は、地上だけでなく洋上でも可能な発電方法です。
欧州では、洋上風力発電による大規模発電を行うことで、発電コストの低減化に成功しています。風力発電の発電効率も進化を続けているため、今後も発電効率の向上が期待できるでしょう。
地熱発電の発電効率は8～20%程度であり、地下のマグマによる熱で温めた蒸気や熱水を汲み上げて、蒸気タービンを回して発電する仕組みです。火山大国であり、温泉大国ともいわれている日本では、古くから地熱を活用して生活を営んできた地域も少なくありません。
地熱発電の発電効率は高いとはいえませんが、エネルギー源の枯渇はないといえます。また、季節や時間帯を問わず安定した発電量が確保できることは大きなメリットです。しかし、日本ではマグマの膨大なエネルギーの活用は進んでいません。
発電設備の設置には、膨大なコストと調査が必要になります。また、地熱発電の適地は、自然公園や温泉観光地である場合が多いです。そのため、周辺地域や住民との合意形成が難しいことも普及が進んでいない理由となります。
バイオマス発電の発電効率は、15～30％程度とされています。バイオマス発電は、生物由来のバイオマスを燃焼した熱エネルギーにより発電する仕組みです。バイオマスとは、植物や動物の廃棄物、農産物の残渣、木材、家畜のふん尿などが主原料となります。
これらは、通常であれば燃やされたり、埋められたりするだけで再生できない物質ですが、バイオマスという燃料として利用可能です。これにより、サスティナブルな社会に貢献できる発電方法でもあるといえます。
発電効率について、知識を深めるためには、電力の種類ごとの発電効率を知ることが大事です。ここでは、再生可能エネルギーを含めた主な電力の種類と、発電効率の目安を比較対照しやすいように一覧にしました。
| 電力 | エネルギーの種類 | 発電方法 | 発電効率の目安 |
| 水力発電 | 再生可能エネルギー | 水が落ちたり流れたりする勢いでタービンを回して発電 | 80％ |
| 天然ガス複合発電 | 化石燃料 | 燃焼させてガスタービンと蒸気タービンを組み合わせて発電 | 55％ |
| 火力発電（蒸気発電） | 化石燃料 | 石炭や石油などを燃焼して蒸気で発電 | 43％ |
| ガスタービン発電 | 主に化石燃料 | 火力発電の1部であり灯油や軽油Gなどを燃やした燃焼ガスでタービンを回して発電 | 35％ |
| 原子力発電 | 天然資源 | ウランの熱エネルギーで蒸気タービンを回して発電 | 33％ |
| 風力発電 | 再生可能エネルギー | 風力を利用してタービンを回して発電 | 30％ |
| 太陽光発電 | 再生可能エネルギー | 太陽光エネルギーを電池に集積して発電 | 20％ |
| 地熱発電 | 再生可能エネルギー | 地熱や地下からの蒸気でタービンを回して発電 | 8～20％ |
| バイオマス発電 | 再生可能エネルギー | バイオマスの燃焼エネルギーを使う発電 | 15～30％ |
※参考：役割・特徴 | 水力発電の概要｜水力発電｜再生可能エネルギーへの取組み｜エネルギー｜事業概要｜関西電力
※参考：太陽光発電の「変換効率」とは？計算方法や発電量を増やす方法を紹介 - EV DAYS | 東京電力エナジーパートナー
発電効率は数値が高いほど、エネルギーを効率的に電気へ変換できることを示します。しかし、発電効率が高いからといって、再生可能エネルギーの発電方法が必ずしも優れているとは限りません。発電効率がよくても、一度に大量の電力を供給できるとは限らないのが現状です。
発電効率が低くても、再生可能エネルギー量が大きければ、大量発電が可能となります。逆に、発電効率が高くても、エネルギー量が少なければ発電量の確保は少なくなるでしょう。これらの理由から、発電効率の高低だけでどの発電方法が優れているかを判断することは難しいといえます。
また、前述したように発電効率が高い発電方法は、イニシャルコストが高い傾向です。企業が再生可能エネルギーによる発電を導入する際には、発電効率やエネルギー量に加えて、減価償却も検討材料に加えなければなりません。
再生可能エネルギーによる発電が普及するなかで、その発電効率が注目されています。発電効率が高いほど、理想の再生可能エネルギー発電といえますが、発電設備が大掛かりになり、イニシャルコストが高くなる傾向です。最も普及しているのが太陽光発電であり、その発電効率は20％程度ですが、イニシャルコストを抑えられます。
企業が、再生可能エネルギーによる発電を導入する際には、発電効率やイニシャルコストなどが検討材料となるでしょう。ゼロ炭素ポートを活用すれば、自社のニーズに適した再生可能エネルギー発電の答えが見つかります。ぜひ資料をダウンロードして、ご活用ください。
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