高校地理探究 発電方式と立地—燃料と自然条件と送電から電力供給を比較する｜武蔵野個別指導塾

燃料の搬入や風・水の条件を送電網の余裕と照らし、需要の時間帯に応じた供給調整まで考えます。

よくあるのは、高校生が「発電時に燃料が不要なら、送電や調整にも制約はない」と考える場面です。風が吹く場所で電気をつくれても、その場所で必要な量と時間が、離れた需要地の必要と一致するとは限りません。電気をつくる条件と、使う場所へ必要なときに届ける条件を分けて考えます。

問いの出方には、発電方式と立地条件の対応を選ぶ型、複数の候補地を条件表から比べる型、発電量の変化と供給調整の理由を書く型があります。どの型でも、方式名を暗記して終わらず、何が発電を可能にし、何が供給の制約になるかを順にたどります。

発電する場所と届ける条件

火力発電は燃料を燃やして得た熱を利用します。燃料を安定して運び込める港や輸送網、発電設備を置く土地、冷却に使う水などが候補地を考える手がかりです。燃料の種類や設備によって必要な条件は異なるため、海岸にあるという特徴だけで全ての火力発電所を説明することはできません。燃料の調達や搬入が途絶えれば、設備が残っていても発電を続けることは難しくなります。

水力発電は水の流れや落差を利用します。水が集まり、落差を利用できる地形は手がかりですが、水量は降水や季節などで変化します。貯水できる設備では、水をためて放流することで出力を調整しやすい場合があります。一方、流れてくる水を主に利用する設備では、その時々の水量が制約になります。水力という名前から、どの設備も同じように調整できるとは言えません。

原子力発電は核燃料から得る熱を利用します。設備の安全性に関わる条件、冷却に必要な水、使用済燃料の管理、送電網などを合わせて考えます。火力と同じく熱を使いますが、燃料や設備の性質は異なります。冷却水を確保できることは候補地の条件の一部であり、それだけで適地と結論づけることはできません。

太陽光発電は日射を利用します。日当たり、設置できる場所、設備の配置、送電網への接続が重要です。夜間は発電できず、雲などによっても出力が変わります。発電時に燃料の搬入を必要としないことと、必要な時間にいつでも同じ出力を得られることは別です。

風力発電は風の力を利用します。風の条件に加え、設備の建設や維持、周辺への影響、送電網との接続を検討します。風が強いという情報だけでは、年間を通じた風の変化や停止する場合まで判断できません。風の変化に応じて出力も変わるため、需要に合わせるには他の設備との組合せが必要です。

地熱発電は地下の熱を利用します。利用できる熱や蒸気、地下の状態を調べ、設備の建設や周辺環境との調整も考えます。地下の熱が存在することと、実際に発電設備を設けて継続利用できることは同じではありません。地下の状態や利用の条件が場所ごとに違うからです。

図1のように、発電方式ごとに利用するものを押さえた後、設備と送電を共通の条件として重ねます。自然条件は候補を絞る出発点ですが、利用のしやすさや周囲との関係によって、その重みは変わります。

図1の「利用条件」には燃料の搬入や水、日射、風、地下の熱が入ります。「設備と周辺」には建設、保守、冷却や環境への配慮が入ります。最後の「送電と調整」は発電所の外側にも及ぶ条件です。遠くに需要地がある場合、発電に適した場所でも、送電線の整備や接続可能な容量を確かめなければ供給の説明は完成しません。

需要に合わせるとはどういうことか

電気は需要が変化するため、発電量と需要のつり合いを保つ必要があります。太陽光や風力は自然の変化に左右されるので、天候による出力の変化を見込み、他の電源の出力調整や蓄電、送電網を通じた地域間の融通などを組み合わせます。蓄電設備も容量や充放電の条件があり、どんな変動でも無制限に吸収できるわけではありません。

火力は燃料を使って出力を調整できる設備がありますが、設備ごとに調整のしやすさは異なり、燃料の確保も必要です。貯水式の水力も、水をためられる範囲と利用可能な水量に制約があります。原子力や地熱を含め、方式名だけで調整能力を一律に決めるのではなく、問題文が与える設備の条件を読みます。

送電線は、発電した電気を需要地に運ぶ経路です。発電所が遠くにあると、長い送電線の整備や送電時の損失が課題になることがあります。接続できる容量にも限りがあるため、発電に適した場所であっても、増えた電力を常に全量送れるとは限りません。逆に需要地の近くでも、日射や土地、燃料の搬入など別の条件が不足する場合があります。

基本例題：風の条件と送電の条件

候補地Aは風の条件がよい一方、需要地から遠く、既存の送電線に余裕がありません。候補地Bは風の条件がAより弱いものの、需要地に近く、送電線に余裕があります。両地点とも設備を建設でき、他の条件は同じとします。風力発電所を選ぶときに比較すべき条件を2つ挙げ、Aを選ぶ場合の課題を1文で書いてください。どちらが必ず優れているかは問わないものとします。

図2のように、AとBの風と送電を別の欄で比べます。優れている条件が異なるため、風の欄だけで結論を出さないことが出発点です。

まず、発電する側の条件は風です。AはBより風の条件がよいと示されています。次に、届ける側の条件は需要地までの位置と送電線の余裕です。Aは遠く、既存の送電線にも余裕がないため、送電の確保が課題になります。Bは風の条件ではAに劣るものの、与えられた送電条件では有利です。

解答例は「比較する条件は風の条件と送電線の余裕です。Aでは需要地へ電力を送るため、送電網の整備や接続可能な容量が課題になります」です。需要地までの距離も送電に関わる比較条件として使えます。費用や整備の実現可能性は与えられていないため、AとBのどちらが最善かまでは決められません。

ここでAをもう一度問題文に戻すと、風の条件がよい点は発電に関する利点、送電線に余裕がない点は供給に関する課題です。両方を答案に入れれば、風がよいことを否定せず、そこから供給の制約へ進めます。

標準例題：日射と時間のずれ

候補地Cは日当たりがよく、太陽光発電設備を設置できます。電力需要は昼より夜に大きく、蓄電設備はありません。昼に発電できることと夜の需要の関係を踏まえ、供給上の課題と対応の方向を2文で書いてください。

解答例は「太陽光発電は夜に発電できないため、昼に発電できても夜の需要を単独では満たせません。夜には他の電源や蓄電などを組み合わせる必要があります」です。日射のよさは昼の発電を支える条件であり、夜の需要を直接満たす条件ではありません。蓄電を新たに設けるなら、昼に蓄えられる量や設備の容量も別に確かめます。

条件を変えて需要が主に昼にある場合は、発電する時間と使う時間が近づきます。それでも雲による出力の変化や、送電線の容量は残るため、日当たりのよさだけで安定供給を断定できません。需要の時刻と出力の変化を対にして読むのがポイントです。

発展例題：水をためる設備の限界

候補地Dには水をためて放流を調整できる水力発電設備があります。乾燥した時期に流入する水が少なく、貯水量も減っています。需要が増えたときの調整について、設備の利点と制約をそれぞれ含む2文で説明してください。

解答例は「水をためて放流を調整できる設備は、必要なときに出力を変える助けになります。ただし流入が少なく貯水量も減っているため、放流を続ければ使える水が不足するおそれがあります」です。放流の調整が可能という性質と、調整に使える水の量は別の条件です。貯水量や流入が回復すれば調整の余地は変わりますが、回復の時期や程度は問題文から決められません。

このように方式の特徴を述べた後、与えられた時点の条件に戻ると、教科書で覚えた一般的な説明を使いながら、言い過ぎを避けられます。水があるかどうかだけでなく、いつ、どれだけ利用できるかという問いに置き換えます。

誤答から条件を取り戻す

誤答例は「風力は燃料を運ばないので、風の強い場所なら送電も調整も考えなくてよい」です。原因は、発電所に入る燃料の話を、発電所から出る電力の話にまで広げていることです。風のよい場所と需要地が離れている場合や、風が変化する場合を見落としています。

図3のように、燃料の搬入、送電、出力の変化を別々に確かめます。燃料の搬入が不要という性質はそのまま残し、送電線や他の電源との組合せを加えれば、答案の論理を修正できます。

修正例は「風力は発電時に燃料の搬入を必要としませんが、需要地へ送る送電網と、風による出力の変化に対応する仕組みが必要です」です。風を利用する利点と供給の制約を同じ文に入れると、条件を混同しにくくなります。

もう一つの誤りは「火力は燃料を運べる港があれば必ず立地できる」という答えです。燃料の搬入は重要ですが、冷却水、設備用地、周辺への影響、送電などの条件もあります。港を否定するのではなく、港を複数の条件の一つに戻して判断します。技術や輸送網が変われば各条件の重みも変わりますが、変化後の具体的な条件が示されない限り、移転先を断定することはできません。

練習問題

次の5問は、問題を読み終えてから解答を確かめてください。いずれも示された条件の範囲で答えます。

1. 地下の熱を利用できる可能性がある地点で、発電所を計画しています。地下の熱以外に調べるべき条件を1つ挙げ、なぜ必要かを1文で書いてください。
2. 川の流れを主に利用する水力設備で、流入する水が少なくなりました。他の条件は変わらないとして、発電への影響を水量と結び付けて1文で書いてください。
3. 燃料を船で運び込む火力設備があります。船の到着が長く途絶え、手元の燃料も不足しました。発電への影響と原因を1文で書いてください。
4. 日中に太陽光の出力が増える地域で、送電線の接続可能な容量に余裕がなくなりました。設備を増やした場合の課題を、送電に触れて1文で書いてください。
5. 冷却に使う水が得られる地点に原子力設備を検討しています。水の条件だけでは立地を決められない理由を、別の条件を1つ挙げて1文で書いてください。

解答と解き方

1. 解答例は「地下の状態を調べ、熱や蒸気を継続して利用できるかを確かめます」です。熱の存在は出発点ですが、実際の利用可能性は地下の状態によって変わります。設備の建設や周辺環境との調整を挙げても、必要な理由と結び付いていれば適切です。
2. 解答例は「流入する水が少なくなると、利用できる水量が減るため、発電量も減る可能性があります」です。川の流れを主に利用する設備という条件に戻ると、貯水によって不足分を自由に補えるとは読み取れません。実際の設備の運用や水量が示されていないので、停止まで断定しません。
3. 解答例は「燃料を補給できず手元の燃料も不足するため、発電を続けることが難しくなります」です。燃料の輸送途絶と在庫不足を両方使います。船の到着が途絶えたという条件だけなら、直ちに燃料が尽きるとは限らない点も区別します。
4. 解答例は「送電線の接続可能な容量に余裕がないため、増やした設備の電力を常に全量送れるとは限りません」です。太陽光設備の発電能力と送電線の受け入れ能力は異なります。送電網の整備や出力を調整する対応を考えられますが、その実現可能性までは示されていません。
5. 解答例は「冷却水に加えて設備の安全性や送電網なども確認する必要があるため、水だけでは立地を決められません」です。冷却水は必要な検討条件ですが、それが得られるという情報は、他の条件が満たされる証拠にはなりません。問題の地点に戻っても、他の条件の可否は未提示です。

覚えておくこと

発電方式ごとに燃料や自然の条件を分けます。
建設、周辺環境、送電網も立地の判断に加えます。
出力と需要の時間的なずれを調整の条件として読みます。
設備ごとの能力と制約を確かめ、方式名から断定しません。

つまずきを見分ける

答案に「風が強い」「水が豊富」とだけ書かれていたら、まずそれが発電に利用する条件なのか、電力を届ける条件なのかを尋ねます。次に需要地までの送電や、必要な時間に出力を合わせる方法を加えてもらうと、発電と供給を別々に捉えられているか見えます。反対に、送電の話だけで発電資源の条件を落としている場合も、候補地の比較に戻して確認します。

個別指導では、候補地の条件を短い表に整理し、条件を1つ変えたときに答案のどの部分が変わるかを口頭で確かめます。答えを言い換えられるかに加え、問題文にない情報を補って断定していないかも見ます。発電方式の名称は、場所と時間の条件をつなぐための手がかりです。