発電設備で電気をつくり、送配電設備で需要家に届ける「安定供給のための電力システム」について、基本原理・知識から構成要素、最新設備、維持管理まで、わかりやすく丁寧に解説する。初版から8年が経って、新しい発電設備や仕組みの改善を盛り込み、品質管理、維持管理などの面での新たな取り組みまでを紹介する第2版。
第1章 電力システムを知るための基礎知識
1 電気の基本用語である電圧と電流 「電圧と電流の関係を決める抵抗」
2 一定の流れと脈動する流れ 「電流の波形による電気の違い」
3 電気のエネルギー量はどうやって測るの 「電力［Ｗ］と電力量［Wh］の違いは何？」
4 電気はどうやって作っているの？ 「電気を生み出す電池と発電機の基本原理」
5 発電機の軸の向きと標準回転速度 「回転運動による摩擦熱を冷却する方法」
6 電圧を自在に変える装置の価値 「交流方式が主流となった理由」
7 電気を安定して供給していくためにすべきこと 「電圧と周波数を安定させる」
8 周波数を自在に変換する技術とは 「パワーエレクトロニクスの活躍の場」
9 カーボンニュートラルの世界に向けて 「待望されるカーボンリサイクル技術」
第2章
熱を使って電力を生み出すしくみ
10 資源を燃やして電気を生み出す技術 「現在主力の発電設備と二酸化炭素排出量」
11 発生させた蒸気力を電気に変える技術 「蒸気タービンで発電するしくみ」
12 連続燃焼熱機関の燃焼ガスで電気を作る技術 「ガスタービンで発電するしくみ」
13 発電効率を上げるために工夫してみました 「コンバインドサイクル発電の効果」
14 環境にやさしい燃料への転換のために 「水素とアンモニアの活用に向けて」
15 核分裂反応を適切に制御して発電する技術 「原子力発電のしくみ」
16 地熱の利用は温泉だけじゃもったいない 「わが国の有望な国産エネルギー」
第3章
自然の力を使って電力を生み出すしくみ
17 大規模ダムを造って水の力を電気に変える技術 「流れ込む水を使った水力発電のしくみ」
18 未利用な水や時間シフトで電気を生み出す 「水のエネルギーのさらなる活用方法」
19 風の力を回転力に変えて電力を生み出す 「地球大気の運動エネルギーで電気を作る」
20 海の上を吹く風はより多くの電力を生み出す 「洋上に広がるエネルギーファーム」
21 導入が活発に進められている再生可能エネルギー 「光エネルギーを直接電気に変換する技術」
22 これから太陽光発電を増やしていくためには 「狭い国土での対応策」
23 海の中にも活用できるエネルギーはある 「海洋国家における国産エネルギー」
24 海水や海底にあるエネルギー源とは 「天然資源の徹底活用術」
25 電力を安定的に供給するために 「エネルギーミックスの今後」
第４章
電気を需要地まで安定して届けるために
26 日本の送電設備における課題 「串団子形連系と２つの周波数利用」
27 送電する際には送電損失が発生する 「送電損失と電圧降下を少なくする」
28 周期的な変化をする交流を使った送電 「送電の主流である交流送電」
29 電圧が一定の直流送電の特徴 「長距離大容量送電に適した手法」
30 今後必要となってくる送電線 「再生可能エネルギーファームと需要地を結ぶ」
31 高い空間を送電に使う架空送電線 「厳しい環境下で電気を安定的に送る」
32 地中に埋設されるケーブル送電線 「都市部で主流となっている送電線」
33 日本に多い落雷から送電線を守る 「架空地線による雷害からの保護」
34 風や雪などの気象現象への対策とは 「より一層高まっている自然の脅威への対策」
35 島国ならではの海水塩分対策 「海岸部に設置される送配電設備への対策」
36 裸電線から発生する電波障害 「コロナ雑音とコロナ騒音」
第５章
需要家に電気を的確に配るために
37 送電損失を少なくするために昇降圧している変電所 「目的の電圧に変換する施設」
38 三相変圧器の結線の種類と並列運転 「複数の三相変圧器の並列運転条件」
39 変圧器の中性点を接地する方式の違い 「電力系統を健全化するための対策」
40 全ての需要家に信頼性の高い電力を供給するために 「電力需要家に電気を配るための方式」
41 同時同量を実現するための配電計画 「経済的で信頼性のある計画の策定」
42 安定した電力を送るための電圧調整と周波数制御 「変動する電圧と周波数の安定化策」
43 無効電力を調整するための調相設備 「無効電力を適切に補償して損失を軽減」
44 電力システムの保全や保護を行うための開閉装置 「電路のさまざまな開閉方法」
45 低い電圧や電流にして電力の状況を知るための手法 「電力システムの状態を見える化する」
46 障害区域のみを切り離す保護継電方式 「主保護継電方式と後備保護継電方式」
47 小規模需要家に電力を供給する低圧配電方式 「需要家の要求に合わせた低圧配電方式」
48 一般需要家につながる架空配電線路 「電柱上にある機器たちの目的」
49 架空配電線路には設置規定がある 「配電線による事故を防ぐ規定とは」
50 都市部の美観と安全を考慮した地中配電線路 「自然災害時へのレジリエンスに配慮した配電」
51 地中電線路にはさまざまな保護がされている 「地中埋設の方法とそれらの特徴」
第６章
電気の安全と品質を守るための苦労
52 高調波やフリッカが生み出す障害を防ぐ 「電圧変動の要因を考慮した対策」
53 人や機器を保護するための接地工事の種類 「大地と同電位にする目的とは」
54 電気の天敵となる水に対する備え 「水に弱い電力設備への対策」
55 地震頻発国として備えなければならないこと 「さまざまな視点での地震対策」
56 生物との共存を図るための備え 「生物の習性を知り対策を考える」
57 広域に分散している電力システムを適切に維持する 「保全の手法と巡視による状況把握」
58 全体システムを維持するための劣化診断 「個々の設備の適切な更新時期を見極める」
59 見えない電気の状態を知るための検査機器 「電気システムの身体検査方法」
60 電力システムを安定的に利用するための計画策定 「設備寿命を考慮した更新計画」
第7章
電力の安定供給を実現するためのしくみ
61 電力を安定して供給するためのしくみ 「中央給電指令所の役割」
62 ブラックアウト（大規模停電）を回避する 「予備率の確保と計画停電」
63 送電能力を有効に活用するために 「Ｎ︱１電制とノンファーム型接続」
64 賢く電力使用量を制御する 「アグリゲーターと仮想発電所」
65 電力を有効活用するための大容量電池 「余った電力の時間シフト法」
66 非同期電源主流時の周波数維持 「系統安定度を高める方法」
67 安定供給を行うための情報交換方法 「散在する設備の一体運用のために」
68 需要家と発電事業者が築くスマートグリッド 「エネルギー政策と新しい電力システムの概念」
【コラム】
●１８８０年代から続く電流方式のせめぎ合い
●水素利用に伴う臨海部の産業復興期待
●洋上風力産業拠点による地方再生の実現
●わが国の産業競争力を維持できる電気料金は？
●事故波及防止と再閉路
●シミュレーションと訓練の重要性
●電力分野の変革はこれからが正念場
第1章 電力システムを知るための基礎知識
1 電気の基本用語である電圧と電流 「電圧と電流の関係を決める抵抗」
2 一定の流れと脈動する流れ 「電流の波形による電気の違い」
3 電気のエネルギー量はどうやって測るの 「電力［Ｗ］と電力量［Wh］の違いは何？」
4 電気はどうやって作っているの？ 「電気を生み出す電池と発電機の基本原理」
5 発電機の軸の向きと標準回転速度 「回転運動による摩擦熱を冷却する方法」
6 電圧を自在に変える装置の価値 「交流方式が主流となった理由」
7 電気を安定して供給していくためにすべきこと 「電圧と周波数を安定させる」
8 周波数を自在に変換する技術とは 「パワーエレクトロニクスの活躍の場」
9 カーボンニュートラルの世界に向けて 「待望されるカーボンリサイクル技術」
第2章
熱を使って電力を生み出すしくみ
10 資源を燃やして電気を生み出す技術 「現在主力の発電設備と二酸化炭素排出量」
11 発生させた蒸気力を電気に変える技術 「蒸気タービンで発電するしくみ」
12 連続燃焼熱機関の燃焼ガスで電気を作る技術 「ガスタービンで発電するしくみ」
13 発電効率を上げるために工夫してみました 「コンバインドサイクル発電の効果」
14 環境にやさしい燃料への転換のために 「水素とアンモニアの活用に向けて」
15 核分裂反応を適切に制御して発電する技術 「原子力発電のしくみ」
16 地熱の利用は温泉だけじゃもったいない 「わが国の有望な国産エネルギー」
第3章
自然の力を使って電力を生み出すしくみ
17 大規模ダムを造って水の力を電気に変える技術 「流れ込む水を使った水力発電のしくみ」
18 未利用な水や時間シフトで電気を生み出す 「水のエネルギーのさらなる活用方法」
19 風の力を回転力に変えて電力を生み出す 「地球大気の運動エネルギーで電気を作る」
20 海の上を吹く風はより多くの電力を生み出す 「洋上に広がるエネルギーファーム」
21 導入が活発に進められている再生可能エネルギー 「光エネルギーを直接電気に変換する技術」
22 これから太陽光発電を増やしていくためには 「狭い国土での対応策」
23 海の中にも活用できるエネルギーはある 「海洋国家における国産エネルギー」
24 海水や海底にあるエネルギー源とは 「天然資源の徹底活用術」
25 電力を安定的に供給するために 「エネルギーミックスの今後」
第４章
電気を需要地まで安定して届けるために
26 日本の送電設備における課題 「串団子形連系と２つの周波数利用」
27 送電する際には送電損失が発生する 「送電損失と電圧降下を少なくする」
28 周期的な変化をする交流を使った送電 「送電の主流である交流送電」
29 電圧が一定の直流送電の特徴 「長距離大容量送電に適した手法」
30 今後必要となってくる送電線 「再生可能エネルギーファームと需要地を結ぶ」
31 高い空間を送電に使う架空送電線 「厳しい環境下で電気を安定的に送る」
32 地中に埋設されるケーブル送電線 「都市部で主流となっている送電線」
33 日本に多い落雷から送電線を守る 「架空地線による雷害からの保護」
34 風や雪などの気象現象への対策とは 「より一層高まっている自然の脅威への対策」
35 島国ならではの海水塩分対策 「海岸部に設置される送配電設備への対策」
36 裸電線から発生する電波障害 「コロナ雑音とコロナ騒音」
第５章
需要家に電気を的確に配るために
37 送電損失を少なくするために昇降圧している変電所 「目的の電圧に変換する施設」
38 三相変圧器の結線の種類と並列運転 「複数の三相変圧器の並列運転条件」
39 変圧器の中性点を接地する方式の違い 「電力系統を健全化するための対策」
40 全ての需要家に信頼性の高い電力を供給するために 「電力需要家に電気を配るための方式」
41 同時同量を実現するための配電計画 「経済的で信頼性のある計画の策定」
42 安定した電力を送るための電圧調整と周波数制御 「変動する電圧と周波数の安定化策」
43 無効電力を調整するための調相設備 「無効電力を適切に補償して損失を軽減」
44 電力システムの保全や保護を行うための開閉装置 「電路のさまざまな開閉方法」
45 低い電圧や電流にして電力の状況を知るための手法 「電力システムの状態を見える化する」
46 障害区域のみを切り離す保護継電方式 「主保護継電方式と後備保護継電方式」
47 小規模需要家に電力を供給する低圧配電方式 「需要家の要求に合わせた低圧配電方式」
48 一般需要家につながる架空配電線路 「電柱上にある機器たちの目的」
49 架空配電線路には設置規定がある 「配電線による事故を防ぐ規定とは」
50 都市部の美観と安全を考慮した地中配電線路 「自然災害時へのレジリエンスに配慮した配電」
51 地中電線路にはさまざまな保護がされている 「地中埋設の方法とそれらの特徴」
第６章
電気の安全と品質を守るための苦労
52 高調波やフリッカが生み出す障害を防ぐ 「電圧変動の要因を考慮した対策」
53 人や機器を保護するための接地工事の種類 「大地と同電位にする目的とは」
54 電気の天敵となる水に対する備え 「水に弱い電力設備への対策」
55 地震頻発国として備えなければならないこと 「さまざまな視点での地震対策」
56 生物との共存を図るための備え 「生物の習性を知り対策を考える」
57 広域に分散している電力システムを適切に維持する 「保全の手法と巡視による状況把握」
58 全体システムを維持するための劣化診断 「個々の設備の適切な更新時期を見極める」
59 見えない電気の状態を知るための検査機器 「電気システムの身体検査方法」
60 電力システムを安定的に利用するための計画策定 「設備寿命を考慮した更新計画」
第7章
電力の安定供給を実現するためのしくみ
61 電力を安定して供給するためのしくみ 「中央給電指令所の役割」
62 ブラックアウト（大規模停電）を回避する 「予備率の確保と計画停電」
63 送電能力を有効に活用するために 「Ｎ︱１電制とノンファーム型接続」
64 賢く電力使用量を制御する 「アグリゲーターと仮想発電所」
65 電力を有効活用するための大容量電池 「余った電力の時間シフト法」
66 非同期電源主流時の周波数維持 「系統安定度を高める方法」
67 安定供給を行うための情報交換方法 「散在する設備の一体運用のために」
68 需要家と発電事業者が築くスマートグリッド 「エネルギー政策と新しい電力システムの概念」
【コラム】
●１８８０年代から続く電流方式のせめぎ合い
●水素利用に伴う臨海部の産業復興期待
●洋上風力産業拠点による地方再生の実現
●わが国の産業競争力を維持できる電気料金は？
●事故波及防止と再閉路
●シミュレーションと訓練の重要性
●電力分野の変革はこれからが正念場
