人工進化研究所（AERI）
- 2023年9月20日
- 読了時間: 12分

テラワット級単一発電方式熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG system

Professor Kamuro's near-future science predictions:

テラワット級単一発電方式熱回生バイナリーエンジン搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG system

Quantum Physicist and Brain Scientist

Visiting Professor of Quantum Physics,

California Institute of Technology

IEEE-USA Fellow

American Physical Society-USA Fellow

PhD. & Dr. Kazuto Kamuro

AERI：Artificial Evolution Research Institute

Pasadena, California

HP: https://www.aeri-japan.com/

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１．テラワット以上の発電能力を持つ単一の発電方式は何か？

人工進化研究所（AERI :Artificial Evolution Research Institute, Pasadena HP: https://www.aeri-japan.com/ ）では、ペタワット（Petawatt=1,000 Terawatt）クラス以上の発電能力を持つ単一の発電方式の研究開発を進めてきた。

この度、単一の発電方式として世界で初めてテラワット（1兆ワット）以上のPetawatt級の発電能力を持つ熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システム『the CHEGPG system』を公式に発表した。

現在の発電方式（火力、風力、原子力、再生エネルギー等）だけでは、現状では、複数の異なる発電方式や複数の発電所を組み合わせても、せいぜい数～10数Megawatt級の電源供給を実現するのが限界であって、単一の発電方式としてTerawatt級電力供給能を有する発電方式は考案されていない。

熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG systemは単一の発電方式で、数10Megawattを遥かに超えたTerawatt乃至Petawatt級の巨大な電力供給を２４時間常時安定にかつ持続的に実現できる大規模エネルギーシステムを構築するための唯一の手段といえる。

２．Terawatt級発電能を有する発電方式：熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG system：

２．１　megawatt級発電方式

a. 原子力発電: 原子力発電は高出力を持つ発電方式の一つで原発１基当たり（単一の発電方式）で1Gigawatt程度の発電能を有しているが、1,000テラワット（1テラワット＝1兆ワット）を超える発電を単独で提供すること技術的に難しく、1~10Gigawatt(1ギガワット＝10億ワット）クラスにとどまっている。しかし、多数の原発を運用し、それらを統合することで、非常に大規模な電力供給が可能である。ただし、廃炉、使用済み核燃料廃棄、核汚染水廃棄と放射能汚染（海洋投棄）の３つの問題が全く解決できないことが致命傷となって、再生可能エネルギーとしてEUで認定されたとしても、今後原発数が飛躍的に増えることは考え難い。

b. 太陽光発電: 太陽光発電は広範囲に太陽光パネルを設置することで、10Megawattクラスの大規模な発電能を実現できる可能性がある。しかし、10Megawattクラスの発電能力を提供するには、複数の発電所を組み合わせた大規模エネルギーシステムを構築する必要があり、そのために、数100ha以上の広大な面積が必要でる。このような土地の確保の際の森林伐採や林野、山林破壊等の環境破壊、出力安定が望めないかまたは安定性確保のための膨大な蓄電設備投資を必須とすることが足枷となって、太陽光発電葬式の複数の発電所（発電施設）を組み合わせたTerawatt（テラワット）クラスの大規模エネルギーシステムの実現は現実的に難しい。

c. 風力発電: 日本国内の風力発電の累計導入量は2021年末時点で2,574基合計で発電能は4,581MW(約4.6Gigawatt)であり、標準的な原発（1Gigawatt=100万kW）4.5基分である。1基あたりの出力を見ると、2006年度以降では設備容量1MW以上の機種が大部分を占めるようになった。

多数の風力タービンを海洋上で組み合わせた風力発電ファームを設置することで、大規模な発電容量を実現する上等手法を用いる以外には大発電能を実現する可能性は考え難い。風力発電は太陽光発電と同じように、風力発電に適した広大な発電用地（面積）を洋上（主として海岸線沿岸）に確保する必要があるが、このような洋上発電に適した穏やかな海では風力に問題があり、風力発電方式に適した海上用地は限定される。このため、100gigawattを超えて1,000テラワット以上の発電能力を提供することは、複数の風力発電施設を組み合わせる手法を用いたとしても、これは事実上不可能である。

d. 水力発電: 大規模な水力発電所を組み合わせることで、１基当たり（単一の発電方式）で1,000テラワット以上の発電容量を提供できる可能性がある唯一の発電方法である。ただし、水力発電は特定の地理的条件が必要であり、しかも大規模な水力発電所を組み合わせることは事実上不可能である。

e. 地熱発電: 現行の地熱発電（geothermal power　以下、ウェット型地熱発電）とは、地熱（主に火山活動による）を用いて行う発電のことである。再生可能エネルギーの一種とされるが、再生するかどうかは不明であり、太陽の核融合エネルギーを由来としない、数少ない発電方法の一つでもある。ウランや石油・石炭等のいずれは枯渇するエネルギーに依存はしないが、地熱の原因（マグマの対流、放射性物質の崩壊熱や化学的な発熱）には依存する。有害な噴出物の処理等、注意深く利用すれば地球温暖化や大気汚染への対策手法ともなることから、環境保全とエネルギー安全保障の観点から各国で利用拡大が図られつつある。

ウェット型地熱発は、地熱によって生成された水蒸気により発電機に連結された蒸気タービンを回すことによって電力を発生させる。地熱という再生可能エネルギーを活用した発電であるため、運転に際して温室効果ガスの一つである二酸化炭素の発生が火力発電に比して少なく、燃料の枯渇や高騰といった問題がない。また、太陽光発電や風力発電といった他の主要な再生可能エネルギーを活用した発電と異なり、天候、季節、昼夜によらず安定した発電電力量を得られる。資源量も多く、特に日本のような火山国においては大きな潜在力を有すると言われる。一方で、「探査・開発に費用と期間を要する」、「温泉の湧出湯量の減少」、「枯渇を懸念する観光業界や地元自治体からの反対」、「初期費用が高い」、「火山噴火などの自然災害に遭遇しやすい」等の難点もある。

上述のように、上記温水や水蒸気を熱源とするウェット型地熱発電は特定の地域で大規模な電力供給を提供できるが、温水（地下水）や水蒸気等の地熱リソースが温泉地帯に限られており、音かつ地熱リソースの採掘に伴う地下水枯渇や地盤沈下、地震等の災害を引き起こすため、温泉事業者や観光業者、地元住民からの反対が強固であり、設置可能な場所に制約がある。

このため、１基当たり（単一の発電方式）で1,000テラワット以上の発電能力を提供するには、複数のウェット型地熱発電施設を組み合わせることが必要であるが、これは事実上不可能である。

2.2 1,000テラワット級電力受給：

a. 従来の発電方式では、１基当たり（単一の発電方式）で1,000テラワット（1テラワット＝1兆ワット）の発電能を有する発電方式を複数基組み合わせて1,000テラワット以上の電力の安定かつ持続的供給を実現することは現実的に困難であった。1,000テラワット以上の電力の安定かつ持続的供給を実現するには、異なるエネルギー源（原子力、風力、太陽光等）を組み合わせ、国際的なエネルギーネットワークを構築することが必要となるが、これは実質上不可能であろう。また、1,000テラワット以上の電力（発電能）の安定かつ持続的供給の実現には、エネルギーの分散供給と効率的な電力伝送もが鍵となるが、送電ロスが甚大であり、かつ持続可能性と環境への影響も無視できず、異なるエネルギー源を組み合わせても1,000テラワット以上の電力の安定かつ持続的供給の実現は難しい。

b. 火力発電方式、再生エネルギー発電方式（太陽光発電、風力発電方式）、原子力発電方式、水力発電方式等の現実的な発電方式では、テラワット単位の発電能力を提供することは非常に困難で、複数の異なる発電方式や多数の発電所を組み合わせることが一般的である。

c. 最も高出力の発電方式の一つは原子力発電方式であり、単一の原発が数ギガワット（1ギガワット＝10億ワット）の発電能力を持つことができる可能性が残っている。しかし、1テラワットを超える発電能力を持つ原発を単独で建設・運用することは通常行われていない。原子力発電のテラワット単位の発電能力を提供するためには、多数の原発を建設・運用し、それらを統合する必要があるが、数１００基の原発を送電線で統合接続することは、原発数から考えても、事実上不可能である。

d. 他の再生可能エネルギー源（太陽光、風力等）や化石燃料（石炭、重油、LNG等）に基づく発電方式は、数ギガワットクラスの大規模な発電容量を提供できるが、通常は複数の施設を組み合わせて数ギガワットクラスエネルギー供給を構築するのが限界である。

2.3 エネルギー安全保障：

a. 100%近く海外輸入に依存せざるを得ない化石燃料（石炭、重油、LNG等）に基づく発電方式は、日本国内において国内産発電エネルギー源を用いた100%完全自給自足型であるAERIの熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG systemと異なり、エネルギー供給源を海外から確保する必要があり、恒久的かつ持続可能かつ国際的なエネルギーインフラの確保及びエネルギー安保が必須とする。これは、近未来に迫りつつあり回避不可能である環境問題下でのエネルギー枯渇・争奪戦を考慮すると、我が国のエネルギー安全保障の点で致命傷である。

出力が不安定であるだけでなく（課題１）、瞬時の電力需要ピークへの対応（課題２）が課題となっている再生可能エネルギー源（太陽光、風力等）に基づく発電方式は、多様なエネルギー源の統合によってしか課題１，２に対応できないが、たとえ統合できたとしても、その出力不安定が致命傷となって課題１，２を解決できるとは言いがたい。

b. 環境問題下でゼロCO２を達成しかつ電気自動車汎化社会実現するためのラワット級電力需要に対応できる発電方式は、エネルギーの安定供給テラワット単位の発電能力を持つ単一の発電所は熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG systemを除いては技術的に不可能である。

c. しかも、熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG systemは、従来のウェット型地熱発電のように熱水源・温泉源地帯に限定されることなく、日本国土内のほぼ任意の場所所望の発電能を備えたに発電所を設営でき、自足自給の地熱エネルギーのみを用い単独で独立して1,000Terawattクラスの巨大な電力を24時間安定に持続して地域に供給し続けることができる。

3. 電気自動車普及で原発何基分の電力が電力不足になるか？

3.1 豊田発言：日本自動車工業会の豊田章男社長は、2020年12月の記者会見において、「すべて電気自動車（電気自動車）になるとどういうことになるかを試算した」とし、「国内での年間の乗用車販売（約400万台）がすべて電気自動車になり、保有台数（現状6200万台規模）もすべて電気自動車になると、電力ピーク時の発電能力は現状より10～15％増強する必要がある」とした上で、「その能力増は、原子力発電だと10基、火力発電だと20基程度に相当する」と述べた。

加えて、電気自動車普及に伴う充電設備については、14～37兆円のインフラ投資が必要で、電気自動車に搭載するバッテリーの供給能力は現状より約30倍（設備投資額は約2兆円）、電気自動車の完成時に充電する必要電力は1家庭で1週間分の消費分に相当するなどの試算結果も明らかにした。

3.2 検証：

a. 東京電力の柏崎原子力発電所の1基あたりの出力は110万～135.6万キロワット（kW）である（沸騰水型軽水炉110万kW、改良型沸騰水型軽水炉135.6万kW）。関西電力の大飯原子力発電所の1基あたりの出力は118万kWである。以上は国内の代表例だが、既存の原子力発電所の出力は、110万kW規模と見当をつけることができる。それが10基となると、総発電量は1,100万kWになる。

b. 国内における1日の消費電力量は、2001年に最高に達し、以後、やや低下傾向となり、2022年1月には1億5,100万kWであった。その10％は24時間で1500万kWになる。豊田氏発言における『既存の原子力発電の10～15％』というおおよそ一致する。

c. 次に、電気自動車1台当たりのリチウムイオンバッテリー容量は車種により幅がある。そこで標準車として40kWh（日産リーフ）を想定し、これを基に、発電能力を増強した分（＝1,100万kW）で満充電にできる電気自動車の台数を試算すると、27万5,000台と計算できる。これは、国内保有台数6,200万台0.4％に過ぎない。

d. 一日に6,200台の１０％、620万台が充電するとすると、24,800万kW（2億4,800kW）が必要となる。1ギガワット＝10億ワットであるから、0.248GWとなる。原発10基分で0.4％の電気自動車の充電が可能であり、電気自動車全体の１０％が充電可能となるためには、原発23基（0.248GW）が必要となる。電気自動車全体の５０％が充電可能となるためには原発１１３基（1.24GW）が、電気自動車全体の８０％が充電可能となるためには原発180基（1.984GW）が、電気自動車全体の１００％が充電可能となるためには原発２３０基（2.48GW）が必要となる。

e. 前述したように、GWクラスの発電能の可能性を備え、かつ安全性・安定性・持続可能性の3つをすべて満たすことは、（１）廃炉、使用済み核燃料廃棄、核汚染水廃棄と放射能汚染（海洋投棄）の３つの問題が全く解決できない原子力発電にも、（２）森林伐採や林野、山林破壊等の環境破壊、出力安定が望めないかまたは安定性確保のための膨大な蓄電設備投資を必須とする再生エネルギー発電方式の太陽光発電、（３）風力発電に適した広大な発電用地（面積）を洋上（主として海岸線沿岸）に確保する必要があるが、このような洋上発電に適した穏やかな海では風力に問題があり、風力発電方式に適した海上用地は限定される再生エネルギー発電方式の風力発電、特定の地理的条件が必要であり、しかも大規模な水力発電所を組み合わせることは事実上不可能な水力発電のいづれの発電方式にも難しい。

以上の理由に加えて、（１）上記エネルギー安全保障を担保でき、（２）温暖化抑止、および（３）カーボンニュートラルだけでなく（４）CO２ゼロ等我が国が解決の糸口さえ見いだせないでいる致命的諸問題を一挙に解決できるのは、１基当たり（単一の発電方式）で1,000テラワット（1テラワット＝1兆ワット＝1,000MW）の発電能を秘めた熱回生ﾊﾞｲﾅﾘｰｴﾝｼﾞﾝ搭載型閉鎖サイクル熱交換発電システムthe CHEGPG systemのみであることがわかる。

END

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Quantum Brain Chipset & Bio Processor (BioVLSI)

Prof. PhD. Dr. Kamuro

Quantum Physicist and Brain Scientist involved in Caltech & AERI Associate Professor and Brain Scientist in Artificial Evolution Research Institute（ AERI: https://www.aeri-japan.com/ ）

IEEE-USA Fellow

American Physical Society Fellow

PhD. & Dr. Kazuto Kamuro

https://www.aeri-japan.com

email: info@aeri-japan.com

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【Keywords】　Artificial Evolution Research Institute：AERI

HP： https://www.aeri-japan.com/

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