火力発電
石炭、LNG、石油などの化石燃料を燃やして水を沸かし、その蒸気の力でタービンを回して電気を作る方式です。ボイラーで燃料を燃焼させて高温・高圧の蒸気を作り、この蒸気がタービンを回転させ、連結された発電機が電磁誘導の原理で電気を生産、タービンを通過した蒸気は冷却器で再び水に凝縮されて循環します。構成要素:ボイラー、タービン、発電機、凝縮器、冷却塔。長所:発電量の調整が比較的容易で電力需要の変化に素早く対応でき、建設費用が比較的安く技術が長年成熟しています。短所:二酸化炭素などの温室効果ガスと微細粉塵を排出し、化石燃料をほとんど海外から輸入する必要があり資源依存度が高くなります。
原子力発電
ウランの核分裂から出る膨大な熱で蒸気を作りタービンを回す方式で、熱源が違うだけで大枠は火力発電と似ています。原子炉内でウラン235の原子核が中性子と衝突して分裂する核分裂が連鎖的に起こり膨大な熱を放出、この熱で冷却水を加熱して蒸気を作り(加圧水型原子炉の場合、1次・2次系統が分離されており放射性物質がタービン側に移らないよう設計)、蒸気がタービンを回し連結された発電機が電気を生産、制御棒を原子炉に出し入れして核分裂速度を調節し出力を管理します。構成要素:原子炉、制御棒、蒸気発生器、タービン、発電機、格納容器。長所:少ない燃料で非常に大きな電力を生産でき発電過程でほぼ二酸化炭素を排出せず、天候に関係なく24時間安定的に大容量の電力を供給できます。短所:放射性廃棄物処理の問題があり事故発生時の被害規模が非常に大きくなる可能性があり、建設期間が長く初期建設費用が非常に高額です。
水力発電
高い所にある水が落ちる力(位置エネルギー)でタービンを直接回して電気を作る方式です。ダムや貯水池に水を貯めて位置エネルギーを蓄え、水が水圧管を通って落下する際に位置エネルギーが運動エネルギーに変わり、火力・原子力発電と異なり蒸気を経ずに速く流れる水がタービン(水車)の羽根を直接回し、連結された発電機が電気を生産します。構成要素:ダム、水圧管、水車(タービン)、発電機。長所:燃料費がかからず発電過程で汚染物質を排出せず、必要な時にすぐ出力を調節できるため電力需給調整(揚水発電など)に有利です。短所:ダム建設に適した地形が限られ建設時に周辺生態系・地域社会に大きな影響を与え、降水量によって発電量が大きく変わる可能性があります。
太陽光発電
太陽電池(ソーラーセル)が太陽光を受けるとそのまま電気を作る方式で、タービンや発電機なしに光エネルギーを直接電気に変えます。太陽電池はシリコンなどの半導体でできており、光(光子)が当たると半導体内の電子が飛び出す光電効果が起こり、動く電子の流れが直流(DC)電気を作り、家庭や工場で使う交流(AC)電気に変えるためインバーターを経由します。太陽電池を複数束ねたものがモジュールで、モジュールを複数連結したものがよく見る太陽光パネルです。構成要素:太陽電池(ソーラーセル)、太陽光モジュール(パネル)、インバーター。長所:タービンなど回転部品がなく騒音が少なく維持管理が比較的簡単で、屋根や遊休地など様々な規模と場所に設置できます。短所:夜間や曇りの日は発電できず出力が不安定で、同じ発電量を得るには比較的広い敷地が必要です。
風力発電
風の運動エネルギーで大きな羽根(ブレード)を回して発電機を作動させる方式です。風が吹くと飛行機の翼と似た原理で設計されたブレードに揚力が発生して回転し、ブレードの回転速度は比較的遅いため増速機(ギアボックス)を経て発電機が効率的に作動できる速度まで上げ、発電機が回転しながら電磁誘導で電気を生産、風向きに応じて発電機が入ったナセルが自動的に方向を変え風を最大限受けるようにします。構成要素:ブレード(羽根)、ナセル、増速機、発電機、タワー。長所:燃料費がかからず発電過程で汚染物質を排出せず、陸上はもちろん海上にも設置できるため立地が比較的多様です。短所:風の強さが一定でなく発電量の予測が難しく、騒音、景観の毀損、鳥類衝突など周辺環境への懸念があります。
潮力発電
満潮と干潮の際に生じる海水の高さの差(潮の干満差)を利用してタービンを回す方式です。湾や河口を防潮堤で仕切り人工的に海水を貯める貯水池を作り、満潮時に海水が水門を通って貯水池内に入り、干潮時には反対に出ていき、この際水門に設置されたタービンを水が通過してタービンを回転させ、連結された発電機が電気を生産します(満潮・干潮の両方向で発電する方式もあります)。構成要素:防潮堤、水門、タービン、発電機。長所:潮の干満差が規則的で発電量を非常に正確に予測でき、燃料費がかからず発電過程で汚染物質を排出しません。短所:潮の干満差が大きく地形条件が合う立地が非常に限られ、防潮堤建設で干潟生態系が大きく損なわれる可能性があります。
地熱発電
地中深くの熱い熱を利用して蒸気や高温の流体を作りタービンを回す方式です。火山帯など地熱活動が活発な地域では地中深くの熱い岩盤やマグマが地下水を温め高温・高圧の蒸気や熱水を作り、掘削孔を掘ってこの蒸気を地表に引き上げ、蒸気がタービンを直接回すか(乾燥蒸気式)、熱水で別の作動流体を沸かしてタービンを回し(バイナリー方式)、発電機に連結されたタービンが電気を生産、使用された水は再び地下に注入して循環させます。構成要素:掘削孔、蒸気分離器、タービン、発電機、再注入井。長所:天候や季節に関係なく24時間安定的に発電でき、施設建設後は燃料費負担がほとんどありません。短所:火山帯など地熱条件の良い地域が限られ、初期の掘削・探査費用が高額で失敗のリスクもあります。
バイオマス発電
木材、農業副産物、畜産糞尿などの有機物を燃やしたり発酵させたりして得たエネルギーで電気を作る方式です。木材ペレット、農業副産物、畜産糞尿、廃木材など有機物(バイオマス)を燃料として使用し、火力発電と同様にこの燃料を燃やして水を沸かし、その蒸気でタービンを回します。一部の方式では有機物を発酵させて作ったバイオガス(メタンなど)を燃料として使うこともあります。植物が育つ際に吸収した二酸化炭素分だけ燃焼時に再び排出されるため理論上は炭素循環に近いと評価されますが、伐採・輸送過程の炭素排出は別途考慮する必要があります。構成要素:バイオマス燃料(木材ペレットなど)、ボイラー、タービン、発電機。長所:化石燃料を代替しながら既存の火力発電設備を一部活用でき、農業・畜産副産物や廃棄物をエネルギー源として再利用できます。短所:燃料用木材確保のための伐採が森林毀損論争につながることがあり、燃焼時に微細粉塵などの大気汚染物質が発生する可能性があります。
波力発電
波の上下運動エネルギーを利用してタービンや発電機を作動させ電気を作る方式です。海上に浮かんだブイ(浮標)や海岸構造物が波に応じて上下しながら運動エネルギーを得て、この上下運動で内部の空気を圧縮したり油圧装置を作動させたりし、圧縮された空気や油圧がタービンを回し、連結された発電機が電気を生産します。構成要素:ブイ(浮標)、油圧・空気圧装置、タービン、発電機。長所:波は風より予測可能性が高く発電量の変動性が比較的少なく、海岸線が長い地域で活用の潜在力が大きいです。短所:まだ商用化初期段階で発電単価が高めで、塩分と波による設備の腐食・維持補修負担が大きいです。