発電方法には火力・原子力・水力・太陽光などさまざまな種類がありますが、それぞれ環境へ与える負荷や、発電コストが異なります。

「電力」として使う分には変わりないものの、環境面・経済面の観点から見て、何が最適な発電方法なのか知りたいという方もいるのではないでしょうか。

そこで今回は、各発電方法の仕組みやメリット・デメリットについて詳しく解説します。

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【目次】

発電方法の基礎知識

各種発電方法への理解を深めるために、まずは電気がつくられる基本原理と、エネルギー源の種類について知っておきましょう。

電気がつくられる基本原理

電気をつくり出す方法は、大きく分けて2つあります。

• タービンを回して発電する（電磁誘導）
• 光電効果によって発電する

もっともポピュラーな発電方法が、何らかのエネルギーでタービンを回す手法です。タービンには、磁石とコイルで構成された「発電機」がつながっています。このコイルの中で磁石を回すと、電磁誘導の法則により、電気が生まれます。

火力・原子力・地熱・バイオマス発電は、いずれも各エネルギーで水などを蒸発させ、蒸気をタービンにぶつけて発電しています。一方、水力・風力発電は、それぞれ各エネルギーが直接タービンにぶつかって発電するのが特徴です。エネルギー源は違いますが、発電の仕組みそのものはほとんど同じです。

一方、シリコンなどの半導体に光が当たると、電気が発生します。これは「光電効果」と呼ばれる現象で、この仕組みを活用したのが太陽光発電です。太陽光発電はタービンによる振動・騒音などもなく、発電の仕組みがシンプルなため、各家庭・各企業単位で発電設備を設けやすいといえるでしょう。

参考：資源エネルギー庁｜電気をつくる方法

再生可能エネルギーと非再生可能エネルギーの違い

発電のために使われるエネルギーは、「再生可能エネルギー（再エネ）」と「非再生可能エネルギー」に大別されます。

再エネはその名のとおり、エネルギーとして使った後も再利用できるエネルギーです。日本では、政令で次の7種類が再生可能エネルギーとして定められています。

• 太陽光
• 風力
• 水力
• 地熱
• 太陽熱
• 大気中の熱その他の自然界に存する熱
• バイオマス

再エネは枯渇せず、発電時に有害物質や温室効果ガスを排出することもほぼないため、環境負荷が小さいエネルギーといえます。

一方、再エネ以外のエネルギー、つまり火力・原子力は、一度エネルギーとして使うと再利用できず、なおかつ資源の枯渇リスクがあることが特徴です。

再生可能エネルギー(再エネ)とは？種類や特徴、メリット・デメリットを解説！

参考：資源エネルギー庁｜再生可能エネルギーの特徴

日本の発電割合

さまざまなエネルギー源がありますが、日本ではどのくらいの割合で用いられているのか見てみましょう。

エネルギー源	シェア率
石炭	28.3%
天然ガス	32.9%
太陽光	9.8%
原子力	8.5%
水力	7.6%
石油等	7.4%
バイオマス	4.1%
風力	1.1%
地熱	0.3%

参考：資源エネルギー庁 ｜令和5年度(2023年度)における エネルギー需給実績(確報)　（3.27MB）

石油・石炭・天然ガス（LNG）といった「化石燃料」が全体の約69％と大部分を占めていますが、再エネ比率も約23%と、一定割合が確保されていることが分かります。

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発電方法ごとの環境負荷と発電コスト

各種エネルギーは、それぞれ環境負荷と発電コストが大きく異なります。

エネルギー源	発電コスト（円/kWh）
石炭	24.7
天然ガス	19.1
石油	43.8
原子力	11.2~
水力	中水力：10.3 大水力：21.7
太陽光	住宅用：14.0 事業用：10.0
風力	洋上風力：21.1 陸上風力：12.1
地熱	10.9
バイオマス	31.4

参考：経済産業省｜発電コスト検証に関するとりまとめ（案）（7.94MB）*2023年の試算の結果概要（暫定）、政策経費なし、新たな発電設備を建設・運転した際のkWh当たりのコスト

• ●注意点として、これらは将来見通しや前提条件によって変動する推計値であり、実際の市場価格や既存設備の発電単価とは異なります。

発電コストが低い事業用太陽光や中水力、原子力は、経済的な発電方法といえます。また、発電手法を考える際はコストだけではなく、環境に与える負荷も加味しなければなりません。

たとえば原子力発電は発電コストこそ安いものの、高レベル放射性廃棄物の長期管理が必要なため、環境に与える負荷は大きいといえるでしょう。また、燃焼時に大量のCO₂を排出する火力発電は、環境負荷が大きな発電方法です。

一方、各種再エネは、環境負荷が小さいことが特徴です。とくに太陽光発電と中水力発電は、発電コストも安いため、非常にバランスのいい発電方法といえます。

火力発電（石炭・石油・天然ガス）の原理と特徴

ここからは火力発電（石炭・石油・天然ガス）の原理と特徴について、より詳しく紹介します。

参考：電気事業連合会｜火力発電

火力発電の仕組み(汽力、ガスタービン、コンバインドサイクルなど)

火力発電の仕組みは、次の3種類に細分化されます。先述したとおり、いずれもタービンを回すことで発電するのが特徴です。

汽力	火力で生み出した「蒸気」でタービンを回す
ガスタービン	燃料を燃やしたときに排出される「燃焼ガス」でタービンを回す
コンバインドサイクル	汽力とガスタービンを組み合わせた発電方法 同じ量の燃料で、より発電量を増やせる

火力発電のメリット

天候や時間帯に左右されず、燃料さえあれば安定的に発電できるのが火力発電のメリットです。さらに大規模発電所を建設する際のコストが安く、電力需要に応じて出力も調整しやすいため、現在の日本でも主要な電力源として用いられています。

火力発電のデメリット

火力発電のデメリットとしては、発電時に温室効果ガスを排出する点と、エネルギー源を日本国内で調達できない点が挙げられます。燃料コストが変動しやすいことも特徴です。このため長期的には、火力発電以外のエネルギーを主要な電力源として活用する必要があるでしょう。

原子力発電の原理と特徴

つづいて原子力発電の原理と特徴についても紹介します。

参考：電気事業連合会｜原子力発電

沸騰水型原子炉（BWR）と加圧水型原子炉（PWR）の仕組み

原子力発電は、次の2種類の仕組みが存在します。タービンを回すことは共通していますが、蒸気の生み出し方に違いがあります。

沸騰水型原子炉（BWR）	原子炉の中で直接蒸気を発生させてタービンを回す （Boiling Water Reactor）
加圧水型原子炉（PWR）	原子炉の中の高温高圧の熱水を利用して蒸気を生み出しタービンを回す （Pressurized Water Reactor）

原子力発電のメリット

原子力発電のメリットとしては、少量の燃料で大量発電が可能なうえに、発電時にCO₂をほとんど排出しないことが挙げられます。また、発電コストが比較的安く、安定した電力供給も可能なため、火力発電の代替手段となり得る可能性も期待されていました。

原子力発電のデメリット

メリットだけを見ると原子力発電は優れているように思えますが、重大事故のリスクは見逃せないデメリットです。原子力発電所を稼働させる際は、重大事故を発生させないよう、しっかり対策する必要があります。

水力発電の原理と特徴

ダムを利用する水力発電についても、改めて原理と特徴を見ていきましょう。

参考：電気事業連合会｜水力発電

水力発電の仕組み(ダム式、貯水池式、揚水式など)

水力発電は、高いところにある水を下に流し、その力でタービンを回します。

発電所形式や運用方法によって、次のようなさまざまな種類に分類できるのが特徴です。

ダム式	ダムで水をせき止め、落差を利用して発電する
水路式	川の上流から長い水路を使って水を取り入れ、落差を利用して発電する
ダム水路式	ダム式・水路式を組み合わせた方式
揚水式	発電所の上部と下部にダムを築き、電気の使用量が少ない時間帯に水を上部のダムへ移動させ、電気の使用量が多い時間帯は水を流して発電する

流れ込み式	河川の水を発電所へ引き込む方法
調整池式	調整池に水を貯めて水量を調整しながら発電する方法 短期間の電力需要変動に対応することが目的
貯水池式	貯水池に水を貯めて水量を調整しながら発電する方法（ダム式、ダム水路式などが該当） 長期間の電力需要変動に対応することが目的
純揚水式	揚水式のうち、上部の流域が小さく、河川を流れる水がほとんど無い発電所のこと 河川も同時に利用するものは「混合揚水式」という

水力発電のメリット

水力発電のメリットとしては、エネルギー源が枯渇する心配がなく、発電時にCO₂を排出しないクリーンなエネルギーであることが挙げられます。

また、発電効率が高く、なおかつ出力調整が可能なことに加え、発電コストも安いため、非常に優れた発電方法だといえるでしょう。

水力発電のデメリット

発電方法としては優れている水力発電ですが、効率的に発電できる場所は山間部の上流域などに限られ、どこにでも設置できるわけではありません。すでに水力発電に向いた場所の多くにダムが建設されており、今以上に発電量を増やすことが難しい点はデメリットといえるでしょう。

また、クリーンなエネルギーとはいえ、ダム建設によって周辺の自然環境に影響が生じることも考慮すべき点の一つです。

太陽光発電の原理と特徴（事業用・住宅用）

太陽光発電を導入済みの企業・家庭も多いですが、改めて原理や特徴を見ていきましょう。

太陽光発電の仕組み

太陽光発電は、他の発電方法と異なりタービンの回転ではなく、シリコン半導体に光が当たると電気が発生する現象を利用しています。

下記の図のように、電気的な性質が異なる半導体を組み合わせた「太陽光パネル」を設置することで、太陽の「光エネルギー」を直接「電気エネルギー」に変換しているのです。

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太陽光発電のメリット

太陽光発電のメリットとしては、まずはCO₂を排出しないこと、エネルギーが枯渇しないことが挙げられます。他の再エネと同じく、クリーンなエネルギーといえるでしょう。

また、太陽光発電ならではの利点としては、住宅や企業で導入できる点が挙げられます。遊休地などを利用したメガソーラー（大規模発電所）も注目されていますが、住宅・工場・ビルの屋上などに、その施設が使う電力を賄う規模の太陽光発電設備を導入することが可能なため、自家発電の手段として最適です。農地（ソーラーシェアリング）や水上（ため池や貯水池）にも設置できるため、今後ますます発電量が増えていくことが期待されます。

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太陽光発電のデメリット

太陽光発電のデメリットは、他の発電方法と比べて発電量が不安定なことです。夜間はもちろん、荒天時も発電が難しく、さらに季節によっても発電量が変動します。

このため太陽光発電を利用する際は、他の発電方法と組み合わせたり、蓄電池を活用したりして、バックアップ体制を整えなければなりません。

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風力発電（陸上・洋上）の原理と特徴

風車を回して発電する風力発電についても、原理や特徴を改めて紹介します。

参考：資源エネルギー庁｜電気を作る方法_その②太陽光発電・風力発電・地熱発電

風力発電の仕組み

風力発電は、羽根（プロペラ）で風を受け、その力で発電機を回転させて電力を生み出します。他の発電方法と比べると、仕組みは単純といえるかもしれません。

陸上・洋上の両方が存在しますが、日本は島国の特性上、洋上風力発電のさらなる稼働が期待されています。

風力発電のメリット

風力発電も再エネの一種であるため、発電に伴いCO₂が排出されない点がメリットといえます。また、風は昼夜を問わず吹くため、夜間の電力需要にも対応できることもメリットの一つです。

風力発電のデメリット

夜間も発電できるとしつつ、風の強さで発電量が左右される点は大きなデメリットといえるでしょう。

風が弱すぎると風車が回らず発電できませんが、風が強すぎると安全のために運転を止める必要があるため、安定的に風が吹き続ける場所を選定しなければなりません。

地熱発電の原理と特徴

火山の多い日本ならではの発電方法として、「地熱」の利用も進んでいます。原理や特徴について、詳しく見ていきましょう。

参考：資源エネルギー庁｜電気を作る方法_その②太陽光発電・風力発電・地熱発電

地熱発電の仕組み

火力発電所のボイラーの代わりに、マグマに温められた「地下水」や「蒸気」を使ってタービンを回すのが、地熱発電の基本的な仕組みです。

地熱発電のメリット

地熱発電は仕組みこそ火力発電と似ていますが、再エネであるため資源が枯渇せず、発電に伴いCO₂が排出されることもありません。

また、他の再エネと比べると安定的に発電しやすい点もメリットです。

地熱発電のデメリット

地熱発電のためには、地下に熱源がなければなりません。立地の制約が非常に厳しく、開発コストも高いため、普及が難しい点はデメリットといえるでしょう。

バイオマス発電の原理と特徴

それでは最後に、バイオマス発電の特徴についても見ていきましょう。

参考：資源エネルギー庁｜知っておきたいエネルギーの基礎用語～地域のさまざまなモノが資源になる「バイオマス・エネルギー」

バイオマス発電の仕組み

動植物由来の生物資源（バイオマス）を燃焼させ、沸騰させた蒸気でタービンを回して発電するのがバイオマス発電です。仕組みは火力発電とほぼ同じで、化石燃料の代わりにバイオマス燃料を用いています。

バイオマス発電のメリット

バイオマス燃料を燃焼させるとCO₂が発生しますが、燃料のもととなる植物が成長過程でCO₂を吸収しているため、大気中のCO₂総量は増加しません。このため化石燃料と比べると、バイオマスはクリーンなエネルギーといえます。

• ●ただし、燃料や輸送過程などの条件によって変動します。

また、これまでは廃棄物とされていたものをエネルギー源とする、サステナブルな発電方法であることもポイントです。燃料を確保できれば、安定して稼働できる点もメリットといえるでしょう。

バイオマス発電のデメリット

バイオマス発電は比較的コストが高く、なおかつ燃料確保も簡単ではないため、他の発電方法と比べると不便な発電方法です。今後の技術革新によっても左右されますが、2025年時点では、これ以上の普及は難しいといえるでしょう。

日本の電源構成の課題

日本のエネルギー政策は、下記の「S + 3E」が基本とされています。

• 安全性（Safety）
• エネルギー安定供給（Energy Security）
• 経済効率性の向上（Economic Efficiency）
• 環境への適合（Environment）

これをふまえ、日本の電源構成の課題について見ていきましょう。

参考：資源エネルギー庁｜ 日本のエネルギー（6.59MB）

　

エネルギー安全保障の脆弱性

現在は火力発電が電源の大部分を占めていますが、化石燃料はそのほとんどを輸入に頼っており、昨今の世界情勢を鑑みるとエネルギーを安定供給する体制が万全とはいえません。

脱炭素化

日本は2050年カーボンニュートラル（温室効果ガス排出実質ゼロ）を目標としており、これを達成するためには、発電分野における脱炭素化も重要課題といえます。

脱炭素とカーボンニュートラルの違いとは？事業者が取り組むメリットも紹介！【法人】

原子力政策

「エネルギー安全保障の脆弱性」「脱炭素化」の2点のみを解決するなら、原子力発電の割合を増やせばいいかもしれません。 しかし福島第一原発の事故以来、日本の原子力政策はより安全性を重視する方向へシフトしています。昨今は再稼働する原発も増えていますが、新設が容易ではなく、火力発電を完全に代替することは難しいでしょう。

日本のエネルギー問題解決のためには再エネ活用が重要

ここまで紹介した日本の電源構成の課題をふまえると、今後はますます再エネの活用が重要だといえます。

再エネは日本国内でエネルギー源を調達できるため、エネルギー安全保障の課題を解決可能です。また、発電に伴ってCO₂を増やすことがないため、カーボンニュートラルにも貢献できます。

しかし多くの再エネは、原子力発電よりも発電コストが高いことが難点です。
とはいえ再エネの中でも、「太陽光発電」は原子力発電よりも安価に電気を生み出せるため、日本のエネルギー問題解決に役立てられることが期待されています。

太陽光発電を活用するメリット

太陽光発電は、日本全体としてはもちろん、企業・住宅にとって個別的メリットが多いことも特徴です。とくに次の3点に魅力を感じる方は、ぜひ太陽光発電の導入を検討してみてください。

• 電気代を削減できる可能性がある
• 災害時・停電時の非常用電源として使える
• クリーンな電気のため環境保護に貢献できる
  
  

それぞれ詳しく見ていきましょう。

　

電気代を削減できる可能性がある

昨今は電気代が上昇していますが、太陽光発電を自家消費目的で導入すれば、電力会社からの電力購入量を大きく減らすことも可能です。

結果として電気代を削減できる可能性がある点は、企業・住宅でも導入しやすい太陽光発電ならではのメリットといえます。

災害時・停電時の非常用電源として使える

太陽光発電は電力消費場所に設置できるため、災害時・停電時の非常用電源としても活用できます。

リアルタイムに発電している間はもちろん、蓄電池を併用すれば、夜間や荒天時も自家発電した電気を使えるため、停電が長引いても必要最低限の電力を確保できるでしょう。

太陽光発電と蓄電池の両方を設置するメリット・デメリットとは？仕組みや特徴と合わせて解説

クリーンな電気のため環境保護に貢献できる

太陽光発電を活用し、企業・住宅単位での脱炭素化を実現することも不可能ではありません。

なるべくクリーンな暮らしをしたいと考えているご家庭や、消費者・取引先へ環境意識が高いことをアピールしたい企業は、ぜひ太陽光発電の導入をご検討ください。

太陽光発電の導入ならPPAがおすすめ！

発電方法には非常にさまざまな種類がありますが、その中でも環境負荷・発電コストを含めて考えると、太陽光発電がもっとも優れた発電方法だといえるのではないでしょうか。企業・住宅単位で設置することも可能なため、まだ導入していない場合は、ぜひ前向きにご検討ください。

また、「太陽光発電を導入したいものの、多額の初期コストが気になる」という方は、初期費用の負担なく太陽光発電を導入できるPPAサービス（Power Purchase Agreement｜電力購入契約）の活用がおすすめです。

たとえば京セラの家庭向けPPA 「ハウスマイルe」 なら、初期費用・メンテナンス費用をかけずに、毎月定額費用で太陽光発電・蓄電池の両方を導入できます。

産業向けの 「京セラPPA」 は原則として太陽光発電のみのプランですが、状況によっては蓄電池を組み込めるケースもあるため、お気軽にお問い合わせください。

お問い合わせはこちら

• ●「HOUSmile（ロゴ）」は京セラ株式会社の登録商標です。

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