火力発電の原理

火力発電って、燃料を燃やして電気をつくる発電ですよね。
でも実は「燃やす＝電気が出る」ではなくて、いくつかの大事な段階をちゃんと踏んでいるんです。

まずポイントは、火力発電が3つの原理のリレーで動いていること。
そしてそのリレーを理解できると、ニュースで出てくる発電効率とか二酸化炭素の話も、ぐっと読みやすくなります。

だからこそ今回は、火力発電を支える3つの「原理」を、かみ砕いて整理していきましょう。
途中で「ここがつながってるのか！」となるはずです。

熱の原理：燃やして温度と圧力を上げる

火力発電のスタート地点は、とてもシンプルで、燃料を燃やして熱をつくるところから始まります。
というのも、燃やして得た熱がないと、水をあたためて蒸気をつくることができず、その先の動きが止まってしまうからです。

ここで大事なのが、ただ熱くするだけじゃない点。
水をぐつぐつ沸かすと、体積が増えて蒸気になり、しかも圧力が上がって「押す力」が生まれます。

つまり火力発電の最初の原理は、燃焼の熱で蒸気をつくり、圧力というパワーに変えることなんですね。
熱が「見えない力」に変身する瞬間、ここがまず面白いところです。

ボイラーの中で起きていること

たとえばボイラーは、熱を水に渡して蒸気をつくるための大きな装置です。
しかも効率よく熱を移すために、熱いガスが通る道や水が流れる管が、工夫されてぎゅっと詰め込まれています。

ここで覚えておきたい要点は次の通りです。

• 燃料を燃やして高温のガスをつくる。
• その熱で水を加熱し、高温高圧の蒸気をつくる。
• 蒸気の圧力で「押す力」を準備する。

──こんな具合に、火力発電は最初に「熱と圧力の貯金」を作ってから次へ進むわけです。
逆に言えば、ここが弱いとタービンを元気に回せず、電気も増えにくくなります。

回転の原理：蒸気の力でタービンを回す

次に登場するのが、蒸気の力でタービンを回す段階です。
ようするに、熱と圧力で貯めたパワーを、今度は回転運動に変えるということですね。

なぜなら、発電機が電気を作るには「回る動き」が必要で、止まったままだと何も始まらないからです。
つまりタービンは、蒸気の勢いを受け取って回転に変える、火力発電の大切な橋渡し役になります。

ここでのイメージは「風車」みたいなもの。
ただし風のかわりに、ものすごく勢いのある蒸気が羽根（ブレード）に当たって回すんです。

そしてポイントは、蒸気の圧力と流れを、ムダなく回転に変えること。
この変換が上手だと、同じ燃料でもたくさんの電気につながります。

蒸気はどうやって羽根を回すの？

蒸気は、そのままドーンと当てるだけではなく、ノズルなどで流れ方を整えてからタービンへ送られます。
しかも段階的に羽根を並べることで、蒸気の力を少しずつ使い切る工夫もあるんです。

要点を整理するとこうなります。

• 高圧の蒸気をタービンへ送り込む。
• 蒸気の流れが羽根に当たり、回転が生まれる。
• 蒸気のエネルギーを使い切るように段階的に回す。

──これらの仕組みがそろうと、回転は強く安定し、発電機へ渡す力も整います。
ただし蒸気の温度や圧力が高いぶん、金属の強さや冷却の工夫が足りないと、故障のリスクが上がりやすい点には注意が必要です。

電磁誘導の原理：回転を電気に変える

そして最後が、いよいよ「電気が生まれる」段階です。
ここで使われるのが電磁誘導という原理で、回転を電気へ変える仕組みの中心になります。

というのも、火力発電は「火で電気を作る」というより、実際には「回転で電気を作る」発電だからです。
燃焼も蒸気もタービンも、全部この最後の原理につなげるための準備だった、というわけですね。

電磁誘導をざっくり言うと、磁石の近くでコイル（導線の輪）を動かすと、電気が流れる現象です。
発電機の中では、磁力を持つ部分とコイルの位置関係が回転で変わり続けることで、電気が生まれます。

だからこそ核心は、回転で磁界の変化を作り、コイルに電気を起こすこと。
ここが火力発電のゴール、いちばん「電気っぽい」ところです。

発電機の中身はどうなっている？

発電機は、回る部分と固定された部分が組み合わさってできています。
そしてタービンの回転がそのまま伝わることで、発電機の中でもグルグル回り続けるんです。

整理すると次の通りになります。

• タービンの回転が発電機に伝わる。
• 磁力とコイルの関係が回転で変化する。
• 電磁誘導で電気が生まれ、外へ送られる。

──この流れが整うことで、やっと私たちが使う電気として取り出せます。
そして実際の発電所では、できた電気を変圧して送電しやすくする工程も続いていきます。

ここまでで「火力発電を支える3つの『原理』」というテーマでお話してきました。
燃やすところから始まって、回転に変わり、最後に電気になる──この流れが火力発電の骨組みです。

まとめると──

1. 燃焼の熱で蒸気をつくり、圧力のパワーを準備する。
2. 蒸気の力でタービンを回し、回転運動に変換する。
3. 回転を電磁誘導で電気に変え、送電できる形に整える。

──以上3点がそろって、火力発電は「燃料→電気」という変換を成立させています。
そしてこの3つの原理は、どれか1つだけ強くてもダメで、順番どおりにバトンが渡ってはじめて力を出せる関係なんですね。
火力発電は、熱・回転・電磁誘導という3段変換の組み合わせで成り立っている──ここがつかめると、効率アップの工夫や環境対策の話も、筋道立てて理解しやすくなります。
だからこそ、ニュースや教科書で「蒸気」「タービン」「発電機」という言葉が出てきたら、今日の3原理を思い出してみてください。