発電方式の比較

(1) 蒸気でタービン（羽根車）を回して発電する：火力発電、原子力発電

(2) 一次エネルギーを直接、電気エネルギーに変換する：太陽電池による発電

(3) 化学エネルギーを利用している：火力発電

(4) 燃料としてウランなどが用いられる：原子力発電

発電効率の比較：

$$\text{水力}：\eta \fallingdotseq 80\text{--}90\%$$ $$\text{火力}：\eta \fallingdotseq 35\text{--}45\%$$ $$\text{原子力}：\eta \fallingdotseq 33\%$$ $$\text{太陽光}：\eta \fallingdotseq 15\text{--}25\%$$

補足：仕事とエネルギーの関係

仕事-エネルギー定理より、合力がした仕事は運動エネルギーの変化に等しい：

$$W_{\text{合}} = \Delta E_k = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$$

発電効率の具体計算

火力発電所で石油 $m = 1.0 \times 10^3$ kg を燃焼したときの熱量は（発熱量 $q = 4.4 \times 10^7$ J/kg）

$$Q = mq = 1.0 \times 10^3 \times 4.4 \times 10^7 = 4.4 \times 10^{10} \text{ J}$$

熱効率 $\eta = 0.40$ の発電所から得られる電気エネルギーは

$$W = \eta Q = 0.40 \times 4.4 \times 10^{10} \fallingdotseq 1.76 \times 10^{10} \text{ J}$$

水力発電：$M = 5.0 \times 10^5$ kg/s の水が $h = 80$ m 落下する場合の発電出力は（効率 $\eta = 0.85$）

$$P = \eta M g h = 0.85 \times 5.0 \times 10^5 \times 9.8 \times 80 \fallingdotseq 3.3 \times 10^8 \text{ W}$$

タービン式発電はすべてこのように入力エネルギー×効率で計算できます。