再生可能エネルギーの仕組みと世界中の電力網を再構築する方法

再生可能エネルギーは人間の時間スケールで自然に補充される源から得られます。太陽光、風、流水、地球内部の熱、有機物などです。石炭、石油、ガス、核燃料とは異なり、これらの源は燃焼したり消費したりしません。代わりに発電所は環境を通じてすでに移動しているエネルギーをキャプチャして電気に変えます。

各技術がどのように自然を電気に変えるか

風力タービンは飛行機の翼のような形状のブレードを使用しています。風がそれらを通り過ぎるとき、各側の気圧の違いが揚力を生成し、これがロータを回転させます。ロータは発電機を直接またはギアボックスを通じて、回転を加速させて回転させます。この機械的な回転は電気を生成し、変電所を通じてグリッドに送られます。米国エネルギー省によると。

太陽光パネルは異なります。可動部がありません。シリコン太陽電池は、1つの層が正の電荷を持ち、別の層が負の電荷を持つように処理されます。日光がセルに当たると、光子が電子を緩く放出し、この電子の流れ（光電効果）は直流（DC）電気を生成します。家庭とほとんどのグリッドは交流（AC）で動作するため、インバーターは使用される前に電力を変換します。

水力発電所は落ちたり流れたりしている水の力を使ってタービンを回転させ、発電機に接続しています。これは風と同じ基本原理ですが、空気の代わりに水の重量と動きを使用しています。地熱発電所は地下に蓄積された熱を利用して蒸気を生成し、タービンを駆動します。バイオエネルギー工場は農業廃棄物や木材などの有機物を燃焼させて熱を生成し、これが電気に変換されます。

再生可能エネルギーが石炭に近づいている

国際エネルギー機関の世界エネルギーレビューによると、再生可能エネルギーは2025年に世界の電力生成の34%を占めており、2024年の32%から増加し、10年前は23%でした。原子力と組み合わせると、低排出源は2025年に世界生成の43%に達しました。IEAは50年間で最高のシェアと述べました。

太陽光PVだけで2025年に約600テラワット時の生成を追加しました。これは過去最大の年間増加です。IEAが報告しました。風と太陽は世界の電力生成の17%に達し、10年前は約5%からの増加です。IEAは2025年に世界の再生可能生成が石炭火力生成を「ほぼ等しい」と述べました。一方、石炭生成自体は約0.5%低下しました。これは2015年以来、危機期間を除く最初の低下です。

変動性が中心的な工学的課題である理由

風と太陽の出力は天気と日光に応じて上下するため、グリッドオペレーターは供給を常に需要と一致させるための他のツールが必要です。

バッテリーはこれらの変動を平準化するために使用される主なツールの1つになりました。世界のバッテリー蓄積容量の追加は2025年に108GWに達し、2024年より約40%高いです。IEAによると。中国は63GWをわずかに上回るを追加し、米国は19GWを追加しました。これは年間60%の増加です。カリフォルニアでは、バッテリー蓄積は5年前に時間ごとのグリッド平衡化ニーズの1%未満から供給するようになりました。2026年第1四半期ではIEAが述べた60%以上に達しました。

次は何か

IEAは、2025年から2030年の間に、世界中に4,600GWの新しい再生可能容量がインストールされると予測しています。これは前の5年間に追加された合計の約2倍です。太陽光PVがその成長の約80%を占めています。世界の再生可能電力生成は、2024年の9,900テラワット時から2030年の16,200テラワット時に60%増加すると予想されており、世界の電力における再生可能エネルギーのシェアを43%に引き上げます。