火力発電って熱効率良いのですか？？ 火力発電では石油や石炭を燃やして、水を温めて、その蒸気でタービンを回して、発電してるみたいですね。

Question

日産のe-powerを始めとする、シリーズハイブリッドカーはガソリンをエンジン内で燃焼し、発生したトルクで発電機を回してます。

火力発電は内燃機関では作れないのでしょうか？
逆に火力発電所をボンネットの下に収めたシリーズハイブリッドカーは出てこないのでしょうか？

それぞれのメリット、デメリットを教えてください。

Answer 1

熱エネルギーを使って仕事をする機関を熱機関と言います。ガソリン自動車などは「内燃機関」と言います。火力発電所は「外燃機関」です。
外燃機関は設備が大きくなるというデメリットがありますが、1000度を超える「高温」を使うことができます。温度が高いほど「効率」が良くなるのです。
内燃機関では数百度が限界ですが、LNGなどの火力発電では1500度ほどの高温が使われています。
その為、ガソリンエンジンの熱効率３０％以下に対して、LNG火力発電では熱効率60％以上になっています。

質問者からのお礼コメント

分かりやすく、ありがとうございます(੭˙꒳˙)੭

Answer 2

火力発電「50%」と言われています

ちなみに、トヨタがレース（WEC,ルマン）で採用しているハイブリッド機構は「ハイブリッドを組み合わせた最大熱効率50%、つまり、火力発電の熱効率を目指している」とのことです。

→日産はシリーズ「ハイブリッド専用」エンジンとして、総合最大熱効率「50%」を目標のエンジンを開発中とのこと。（発電用はタイヤを駆動する必要がないので、ピンポイントで一定回転数だけの最大効率を目指せる）

→レベルは違いますが、F1のハイブリッドエンジンははすでに最大熱効率50%超えてるといわれてます。

Answer 3

火力発電は効率が良いものだと50%を超えてきます。一方、エンジンは高くても40%ほどです。なので基本的に火力発電のほうがエンジンより熱効率は高いですね。


> 火力発電では石油や石炭を燃やして、水を温めて、その蒸気でタービンを回して、発電してるみたいですね。

すべてがそうではないですよ。ガスタービンと言って、燃やしたガスでそのまま(蒸気を介さず)タービンを回すものもあります。更にコンバインドサイクルという蒸気タービンとガスタービンが併設されたものもあります。


> 火力発電は内燃機関では作れないのでしょうか？

先程触れたガスタービンは内燃機関になります。


>逆に火力発電所をボンネットの下に収めたシリーズハイブリッドカーは出てこないのでしょうか？

蒸気タービンのエンジンということですか？ できなくはないと思いますが、今のエンジンに比べて効率は落ちると思います。エンジンのようなガスタービンのほうが、蒸気タービンより熱効率が高くなりやすい傾向があります。
ではなぜ蒸気タービンの火力発電よりガスタービンのエンジンのほうが効率が良いか、を説明します。蒸気タービンやガスタービンのような熱機関の場合、体積が大きいほど熱効率が高くなりやすいという性質があります。理由は、体積が大きいと体積あたりの表面積が小さくなるので熱が逃げにくくなるからです。
火力発電はエンジンよりも遥かに大型の施設になりますから、それにより発電効率がエンジンより高くなっています。

> それぞれのメリット、デメリットを教えてください。

ガスタービンと蒸気タービンのメリットデメリットということですか？
ガスタービンのほうが基本的には熱効率が高いので、ガスタービンのほうが蒸気タービンの上位互換と言って過言ではないと思います。
ただガスタービンは高温ガスが生成されないと使われませんから、使えるところが限られています。一方、蒸気タービンは熱さえ発生すればどこでも使えますから、ガスタービンが使えない場合、蒸気タービンが使われる、という形になります。

Answer 4

火力発電の多くはLNG(液化天然ガス)、次に石炭、石油は一部で使われてる程度で、殆どLNGと石炭です。

タクシーはLNGガスを使った車は多いですよ！

ただ1Lあたり125円程度でやすいけど、1Lあたり7kmしか走らないので、今はLPGハイブリッド車のジャ版タクシーで16.8km/Lまで走ります。

なので街中を走るジャパンタクシーがLPGを使ったハイブリッド車です。

ジャパンタクシーのエンジンスペックは1500ccの74馬力、トルク11.3kg・m程度であり、ガソリンエンジン1000ccクラスの性能なので、ガソリンの方が熱効率は悪くても取り出せるバワーはガソリン車1500ccなら120馬力、14.8kg・mとガソリンエンジンの方が同じ1Lから取り出せるエネルギーはかなり高いです。

Answer 5

火力発電所では燃料を燃やして水を沸騰させ発生した蒸気をタービンに
吹き付けて回転させ発電機を回しています

小さなエンジンルームでこんな面倒な事をするよりもエンジンの回転を
直接に発電器に直結させて回した方が遥かに効率に優れています

特に一定速度で稼働する発電所と異なり車は加減速が激しく変わることで
対応が困難です