発電所、100万kw発電時の発熱量を教えて

電気事業連合会などの資料はありましたが、知識が無く算出できなかったので質問しています。　

国内でスタンダードな火力発電と、原子力発電の比較ですが、100万kwと同じ出力だとします。それぞれの発電所全体の発電時の発熱量が知りたいので宜しく回答お願い致します。

質問者からの補足コメント

• PS : 知りたいのは、熱効率や発電システムの熱還元率ではありませんで、一定の出力に対して生み出される全熱量(カロリー)値になります。
  
  原発1基が発電時に発熱する熱量は、火力発電の何個分の発熱量になるのかという値を導き出したい為・・

    補足日時：2015/12/20 15:12

• 質問の趣旨ということで、更に補足します。
  熱エネルギーを、海水に吸収させているのは勿体ないです。特に大きな熱エネルギーを出してそうな原子力発電では、それを有効利用する必要性は、温暖化対策にもなりそうに思ったもので・・
  要するに、発生した熱は、大気に拡散させるほうが、夜側半球と両極緯度地域の氷河で冷やされる事により、大気が蓄熱する割合は断然低いと思えているのですが

    補足日時：2015/12/21 19:11

• 原子炉燃料の比熱って、どれくらいなのですか。

    補足日時：2015/12/25 22:12

• 比熱の件は、離れた感じでになってしまいましたので質問取り消します。m(_ _;)m　ネット上にもこの件、以前から不思議に思っている方々が結構いると思い質問しています。
  
  プラントの冷却設備(配管の規格や冷媒の容量、水量やポンプの速度など)が成立している以上は、原子炉カプセル(燃料棒自体が核分裂する際の熱量)が発する最大の熱容量(原子炉場合は2年後くらいですかね。)の値がある筈です。それを比べれば分かる事なのですが公開されていない様子あります。
  
  上水用の浄水施設に接続すれば(水用と2個必要になりますけど)、県内一円へ温水(家庭の暖房や風呂湯や工場用水)の供給ができるのではないかと思えてまして、原子炉は発熱を利用して、ろ過プラント無しで、海水から浄水も作り出せるのではないかとも思えてます。

    補足日時：2015/12/27 21:44

• コジェネレーションやトリジェネレーションを徹底しないと、エネルギー開発が環境を破壊し異常気象をもたらす時代です。無駄をなくして効率良く発電しないとってことで熱エネルギーから何ができるのかを考えてました。原子炉は大きな事故を起こしてますから、それに限ったことではありませんけど、熱エネルギーが最大なのは原子炉のように思えてます。比較ができればいのですが、回答者の皆様からはまだ何も見えてきませんでした。

    補足日時：2015/12/30 04:47

No.8 回答者： papabeatles 回答日時： 2016/01/05 17:22

原発の熱効率は３分の１と言われていますので。

１００万KWの原発は２００万KWの熱を海に捨てています。
　当然海からプランクトンや小さな網よりも小さいいきもは原発のパイプで完全に死滅します。海に配する時は周辺の海よりも７度も温度が高いそうです。４０度がわれわれ人間の一般的なお風呂の温度ですが４７度の風呂に１時間も入っていれば完全に死ぬことになります。当然原発の近海では何万トンもの魚介類が死んでいるのです。原発はエコではない発電なのです。

この回答へのお礼

回答ありがとう御座います。
年平均7℃って、ポンプ・配管の口径や流量で簡単に調整できますよね～。その温度差は、環境への問題がないとした原発機構や電力会社の方針なのだと思います。ですので誰も理解してくれてはいないようですが、熱効率という値も設計段階から指定があり、設定されたものなのです。1/3が限界ではなくてコスト面で効率が良いとの判断だと思えていますけど・・。ですので火力発電の全発熱量と比較するのはおかしいという事を言ってるのですけど

お礼日時：2016/01/06 06:23

No.7 回答者： Saturn5 回答日時： 2016/01/02 15:00

質問が矛盾しています。

＞知りたいのは、熱効率や発電システムの熱還元率ではありませんで
＞一定の出力に対して生み出される全熱量(カロリー)値
出力／全熱量、すなわち、これが熱効率です。

原子力発電所の熱効率はほぼ３５％です。
これに対し、火力発電所は方式や立地によって大きく異なりますが、
３０~６０％です。

たとえば、火力発電所の熱効率を４５％とすると、
１ｋＷｈの電力を発生するためには、原子力は１０３００〔ｋJ〕、
火力発電所は８０００〔ｋＪ〕が必要です。
逆に考えると、原子力発電所は精製した熱量の６５％を環境中に捨て、
火力発電所は５５％を環境中に捨てています。

発電とは熱量だけでなく温度差が必要で、発電所は必ず海岸線に立地します。
ロシアでは海岸線が少ないために人工湖を作りました。

書かれておられるように、発電所は多くのエネルギーが無駄に排出されます。
とくに原子力発電所は構造所の問題でそれが大きいです。
また、立地も都心部から離れるために廃熱を回収しても使える場所が
限定されてしまいます。ということで、原子力発電所の廃熱回収は、
現在のところあまり進んでいません。

この回答へのお礼

回答有難うございます。
より低コスト・高効率の冷媒などを多く用いるとかできれば発電所の熱効率ってよくなりませんかね。?　原子力発電所の廃熱回収力が低いのは、使用済み燃料用の冷却プールを沢山備えているからでありませんか? 　3次冷却水以降は、浄水場と循環させるだけでも効果的になりそうに思いませんか。爆発時もそうですが、海水利用は安易過ぎると思えています。

お礼日時：2016/01/03 05:18

No.6 回答者： unos1201 回答日時： 2015/12/26 20:54

＞まず熱量

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BA%E7%86%B1 …
＞発熱量（はつねつりょう）は、一定の単位の燃料が完全燃焼するときに発生する熱量のこと。kcal/kgやkJ/kg、J/molのように、物質の単位あたりのエネルギーの単位で表される。
＞一般にボンベ熱量計を用いて測定される。

幼稚園レベルの言葉で説明すると、燃やす、火を出して完全に燃え尽きるまでの出る熱のこと、中学生レベルの言葉では、高温で酸素と結合し、その時に発生する熱を回収して測定した値とでもなります。書きたい事、ウランやプルトニウムは酸化はしますが、原子炉で核反応、核分裂を起こすことで発生する熱とは違う原理、現象であることです。ペレットを詰め込む燃料棒の重さ、その集合体の総合の重さが仮に３００ｋｇとしても、その中のウランの３％程度の重さは全部で１ｋｇも無いのではと計算できるのですが、容器の重さのデーターが公表されていないみたいですので、推定となります。

＞燃料棒の発熱量
http://homepage1.nifty.com/gfk/fukushima_hatsune …
＞使用済み燃料棒1本あたりの発熱量計算
＞新燃料は約4000kcal/Hrと導出された。

この値ですが、原子炉内で発電時の状態とは違うのが理解できますでしょうか。何もしないでも、ウランなどは核分裂を繰り返す、そういう状態での特殊な環境下での推定値です。

＞冒頭とは桁が何十個も異なる
桁が３桁違うと、１０００倍ですね。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%8D …
＞エネルギーの比較（エネルギーのひかく）では、エネルギー（の量）を比較できるよう、昇順に表にする。

＞93.2 EJ 世界の天然ガスの年間産出量（1999年）　10の19乗オーダー
＞3.6 TJ 100万キロワット時 (kWh)　　10の12乗オーダー

７桁の差でこの程度です。数十桁の誤差の意味、感覚的には想像を超える違いとなります。

＞解答いただきましたが、連合会の資料と同じ内容で、正しくないように思えています

私の導き出した数字が正解と認めていただいてありがとうございます。単純に計算しただけ、質問の回答としては満足できるものですので、考え方の大きな違いがないことの証明ともなると判断させていただきます。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1
＞熱（ねつ、heat）とは、慣用的には、肌で触れてわかる熱さや冷たさといった感覚である温度の元となるエネルギーという概念を指していると考えられているが、物理学では熱と温度は明確に区別される概念である。本項目においては主に物理学的な「熱」の概念について述べる。

＞熱 Q は系の内部エネルギー U とその系がなす仕事 W とに関係し、熱力学第一法則によれば次のようになる。

＞Delta U = Q - W

＞すなわち、系の内部エネルギーは仕事によっても熱力学的系の境界を越えた熱流によっても変化する。より詳細に言えば、内部エネルギーとは系内の微視的形態のエネルギーの総和である。それは分子の構造や分子の活動度と関連し、分子群の運動エネルギーと位置エネルギーの総和と見なすことができる。

＞原子核エネルギー 原子核内の核力に伴う莫大な量のエネルギー

核分裂で回収される熱はゆっくり連鎖反応させて、少量のウランなどから長時間に渡って発生したもの、その速さの調節が一番の鍵になります。発生させることのできる熱や発電量は科学的でない言葉を使うと上限のない、それを設計された原子炉の中で常に同じような電力として回収できる状態を維持するのが求められている、燃やして終わりの世界とは違うのです。

燃えないものの燃焼熱を示せという質問には、回答がない、これが正解に一番近いものだと考えられますが、その理由を書かないと、科学的でないので、無駄のように見える説明をしました。大学、大学院で原子力の研究をしている専門家に聞いても歯切れのよい理解しやすい回答をもらえないかも知れませんが、数式を説明しても理解できない場合には、どう説明したら判るか、理解してもらえるか、教師でも無い人に求めるのは厳しいかも知れません。

質問を打ち切り、わからないことは何のどれが知りたいかを別の質問で聞いた方が回答もつくと思います。

http://jolissrch-inter.tokai-sc.jaea.go.jp/pdfda …
＞図２－２．１　酸化ウランおよび酸化プルトニウムの比熱

これを見ると、求めているのとは違う答えが出ます。

１０００から１５００Kの温度では３００から３５０（J/K/kg)の比熱です。

比熱という単体の言葉も物理学的には過去の遺物、今ではほとんど使わない言葉になります。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%94%E7%86%B1 …
＞圧力一定の条件下で測定した場合は定圧比熱、体積一定の条件下で測定した場合は定積比熱と呼ばれる。

＞熱容量を考慮するときに、質量単位でなく体積単位の方が便利な場合があり、その場合は、容積比熱もしくは体積比熱が用いられる。単位は例えば、J/(m3·K)である。

一つ一つ言葉の定義を書かないと説明もいい加減になりそう、正確に数字を出しても感覚的に違うと思われてもその言葉に対する回答はこれとなりますので、その点はご理解していただきたいと思います。

この回答へのお礼

何度もありがとうございます。
けど、私の求めている趣旨の回答とは異なります。何か神経質にさせてしまって申し訳けありませんが、簡単なことなのにページも無駄になりますので、回答してくれなくても結構です。お時間すみません。改めて補足しなおします。

お礼日時：2015/12/27 04:45

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2015/12/25 23:09

No.3です。

「補足」に書かれた

＞原子炉燃料の比熱って、どれくらいなのですか。

は、比熱ではなく、「原子炉燃料の1グラム当たりの発熱量」なのではありませんか？

　下記に、「100万キロワット級の原子力発電所で1日に消費するウラン235は約3kg」とあります。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%88%86 …

　「100万キロワット級の原子力発電所で1日に発電する電力量」、つまり発生エネルギーは、
　　10^9(W) * 3600 * 24 = 8.64 * 10^13 (W*s) = 8.64*10^13 (J)
です。

　つまり、ウラン235の1gに換算すると
　　8.64*10^13 (J) ÷ 3000(g) = 2.88 * 10^10 (J/g)
ですね。熱量（カロリー）でいえば
　　6.8 * 10^9 (cal/g)
かな。

　正確に言えば、ウラン235の濃縮度は5%程度なので、ウラン燃料そのものに換算すると
　　1.4*10^9 (J/g) = 3.4*10^8 (cal/g)
しかも、5%のウラン235がすべて核分裂するわけではないので、その辺をさらに割り引いて考える必要があると思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
まず熱量ですが、
水素:33.9　天然ガス:13.0　ガソリン:11.3　プロパン:11.9　灯油:11.1　都市ガス:10.8　Ａ重油:10.7　軽油:10.7　石炭:4.4　木:3.6 単位(kcal/g)　wik参照

次に燃料棒の発熱量ですが、検索していると新燃料1本あたり　4008.41kcal/Hr　という数値がありました。
1月稼働時のものらしいですが、この数値には!ときていません。あと正確には旧燃料とのローテーションもあるので、また濃縮率にも影響されるので、それも計算しないといけません。

冒頭の燃料の熱量と比較するにはgに置き換え、カプセル内にある全燃料棒分を加算しないといけないのですが1本の重さは約300kg、100万Kwの炉で約5万本が使われるらしいです。

ペレット単位にすれば比較しやすいかも知れませんが、何個入ってるのか不明ですが、1cm3で1軒の需要家、約半年以上のエネルギーに匹敵するとだけあったので熱量も相当なものですよね。

・・発注する仕組みらしいのですが、規格書とかに公開されていない理由は分かりませんけど、冒頭とは桁が何十個も異なる可能性ありって思えてますけど。

お礼日時：2015/12/26 05:14

No.4 回答者： rabbit_cat 回答日時： 2015/12/22 22:08

海に囲まれた日本では、原子力発電所は水冷（海水に排熱する）ばかりですが、世界的に見れば、空冷（空気に廃熱する）の原子力発電所ほうが主流です。

この回答へのお礼

回答有難うこざいます。
廃熱では熱エネルギーを無駄に消費している事なります。人間の生活や、生産に、再利用した後に自然開放すれば、海水に温存している状況よりは前向きだと思えてまして・・・。　現在800基前後って事ですが、30年のうちには倍増する見通しもあるらしいです。主流という事ですが、日本の電力会社が言うように低コストなので海岸エリアのものは海水が結構多そうですし、空冷といっても川や湖の水を利用して、ラジエーターみたいにファンで冷やしているに過ぎないですよね。有効利用しないと、解決に向わないので、それ程の効果は期待できないように思えてますけど、なぜなのでしょうかね。?

お礼日時：2015/12/23 04:37

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2015/12/21 17:37

ご質問の趣旨がよくわかりませんが、

・電気出力
・熱効率

が同じであれば、石油火力だろうが、天然ガス火力だろうが、石炭火力だろうが、原子力だろうが、発電に必要な熱量は同じです。

　発生熱量 × 熱効率 = 電気出力

になります。あとは、熱エネルギー（カロリー、ジュール）と電気エネルギー（ワット時）などを適宜換算してください。
　1 cal = 4.2 J
　1 W = 1 J/s　つまり　1 Wh = 3600 J
です。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B8%E3%83%A5 …

この回答へのお礼

回答ありがとう御座います。
エネルギー源のカロリー値はすべて異なりますから、要するには、それぞれに適した水量や冷却媒体などを用い、熱効率という形で、数値にしているだけですよね。

お礼日時：2015/12/21 19:00

No.2 回答者： unos1201 回答日時： 2015/12/20 19:56

電気出力１００万kW / 熱出力＝熱効率ですので、単純には熱出力＝電気出力１００万kW / 熱効率です。

つまり、火力発電は　１００万kW /０．３８
　　　　原子力発電は１００万kW /０．３０　となり、

原発1基が発電時に発熱する熱量は、火力発電の何個分の計算は

　（１００万kW /０．３０） 　/　（１００万kW /０．３８）　となります。

つまり、０．３８　/　０．３０となるので、

３８％　/　３０％　と同値です。

あとの数字はご自由に変数を変えると、答えとなります。

現実問題としては、１００万KW時を一基で発電する火力発電所は国内であるのか、東京都が計画しているのがこの規模ですが、システム全体としては組み合わせでの発電ですし、原子力発電所での定格熱出力一定運転は冬季と夏季で発電量が異なるなどの部分を指摘すべきでしょう。

火力発電所の出力は複数の発電設備を稼働するか休止するかで調整する部分が大部分、原子力発電所は発電の量の調整は難しいので、効率の良い運転を継続でして、発電量を変えないことが多い、かなり性格が違います。

http://www.japc.co.jp/atom/atom_2-4.html
＞原子炉で発生する熱を一定に保つと、海水温度が低い冬季には、より多くの電気をつくることができるので、発生する電気が増えます。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A5%E6%9C%AC …
＞日本の火力発電所一覧

個別の火力発電所をクリックすると、比較的最新の発電システムの規模と発電効率などを確認できます。

石炭と天然ガスでは効率も違う、組み合わせで動いていますので、私の出した数字の根拠はむしろ、既出の火力発電の性能は「熱効率」で決まる　を見ると理解できると思います。

蛇足ですが、原子力発電の効率の根拠、

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90 …
＞原子力発電

＞これらの理由から一般的な火力発電所の熱効率は約47％程度[3]であるのに対し、21世紀初頭現在の原子力発電における熱効率は約 30 %程度である[4]。尚、冷却材に超臨界流体である超臨界圧軽水を用いた超臨界圧軽水冷却炉が現在研究中であり、これを原子力発電に用いれば熱効率は45 %程度まで上昇する

という記述の数字から出しています。

熱効率を使うと出力を揃えないでもご希望の　原発1基が発電時に発熱する熱量は、火力発電の何個分の計算
を出せますし、単位を無意味に近いカロリーを用いて使うならば、

＞１Ｗ・ｈ＝３６００Ｊ（ＳＩ組立併用単位）
＞１ｃａｌ＝４．１８６０５Ｊ（非ＳＩ単位）

を使うと、１００万KW時　＝　１００万　ｘ１０００　x　３６００　/　４．１８６０５　　（ｃａｌ時）
で計算できます。これだって、あまり意味のない数字、カロリーは現在はほとんど過去の遺物です。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB%E3%83%AD …
＞カロリーは、日本の計量法では1999年10月以降、「食物又は代謝の熱量の計量」のみに使用できる。計量単位令による定義は、1カロリー = 4.184 J（正確に）である[1]。後述の熱力学カロリーを採用したものである。

食物や代謝の熱量の計算でないのに使うことに違和感を感じるのが大事です。

算数が苦手であれば、余分なことを書きすぎたのかも知れませんが、基本は小学校の算数で答えが出せる範囲、意味を理解するのは感覚的に難しいのかも知れません。計算機で最終計算はできますので、そこまで書くのは失礼と思うので計算課程を出させていただきました。速さは道のり割る時間、この関係と同じです。

この回答へのお礼

解答いただきましたが、連合会の資料と同じ内容で、正しくないように思えています。火力発電と石炭発電、原子力発電の冷却水は、それぞれ毎秒どれくらいの水量が必要なのですか。

お礼日時：2015/12/20 21:01

No.1 回答者： unos1201 回答日時： 2015/12/20 08:40

キーワードは熱効率です。

原子力発電の熱効率は３０％前後程度が多い、従来型の火力発電の熱効率は３８％程度、最新型は６０％以上にもなります。

http://www.fepc.or.jp/library/words/setsubi/sets …
＞火力発電所の熱効率は、発生した電力量と消費した燃料の保有発熱量との比率で表す。

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/140 …
＞熱効率が高くなるほど、少ない燃料で多くの電力を作ることができる。石炭や石油を燃料に使う火力発電では36％程度の熱効率が標準的で、最新の設備では40％を超える。天然ガスになると熱効率は50％以上になる（図1）。天然ガスによる火力発電は熱効率が高い分だけ、CO2排出量が少なくて済むメリットがある。

http://okwave.jp/qa/q3061250/a9393326.html
＞単純には、電気出力を熱出力で割れば出ます。
＞たとえば最近話題になった北陸電力志賀原発

＞1号機　定格電気出力54万kW / 定格熱出力159.3万kW = 33.8％
＞2号機　定格電気出力135.8万kW / 定格熱出力392.6万kW = 34.6％

http://mh.rgr.jp/memo/mq0029.htm
＞熱力学で用いられる単位

＞１Ｗ・ｈ＝３６００Ｊ（ＳＩ組立併用単位）
＞１ｃａｌ＝４．１８６０５Ｊ（非ＳＩ単位）

ｋは１０００倍の意味、１ｋｍ＝１０００ｍはご存知ですね。あとは小学生の単純計算です。

１００万ｋW時の出力に揃えるよりも、熱効率だけで見る方が判りやすいとは思います。