原子力発電の特徴と仕組みは？ わかりやすく解説！

1．原子力発電の特徴と仕組み

1-1．原子力発電の特徴

原子力発電の大きな特徴は、少量の燃料で多量のエネルギーを生み出す点です。しっかりした管理ができるなら、安定した電力の供給が可能になります。

とはいえ、エネルギーを作るために放射線が生じるため、運用には細心の注意が必要です。十分安全に配慮しても、東日本大震災の事故のように、思わぬ被害が生じかねません。そのため、今後もどのように安全に原子力発電を利用していくかが大きな課題と言えるでしょう。電力を効率よく生み出す原子力発電は、全世界の約15パーセントの電力を支えていると言われています。今後も発電の主力として注目されているのです。

1-2．原子力発電の仕組み

原子力発電はウランが核分裂するときに生じる熱エネルギーを活用します。その熱エネルギーが水を沸かし、生じる蒸気がタービンを回転して、電気が生じるのです。基本的には火力発電と仕組みは似ています。火力発電の場合は、化石燃料を燃やし、その蒸気で蒸気タービンを回すのが発電の仕組みです。

その点、原子力発電では、燃料が少なく済むので、従来の火力発電よりは効率がよくなります。制御棒、原子炉圧力容器、原子炉格納容器が原子力発電所の原子炉を構成する部分です。この原子炉から放射線が発生するため、徹底した安全管理を行い、放射線が漏れないように対処しなければなりません。

1-3．核分裂の仕組み

核分裂とは、原子核が2つ以上の原子核に分裂することです。この過程により驚くほどのエネルギーが生じます。原子力発電で用いているのはウランとプルトニウムの核分裂です。簡単に言うなら、原子炉の中では、ウランとプルトニウムが一緒に燃えています。その過程でエネルギーが生まれるのです。プルトニウムは燃焼しても、また生成します。そのため、燃料が少なくても燃焼を続けていけるのです。

2．原子力発電の発電量と効率

2-1．原子力発電の発電量

原子力発電の発電量は規模によって異なりますが、原子炉が6基ある原子力発電所を例に取るなら、年間で30テラワット以上の発電量が可能になります。日本のように天然燃料資源が少ない国では、貴重な発電方法なのです。もちろん、発電量だけで発電方法は選べません。安全と効率、コストも考えて検討するべきでしょう。また、発電が地球に与える影響も無視してはいけません。

2-2．原子力発電の効率

原子力発電の熱効率はおよそ30%です。つまり、発生したエネルギーの30%を用いてエネルギー生成が行うことになります。もちろん、発電そのものの効率以外にも、建設費用、工期、管理のためのコストなども運転コストの効率として考えるべきです。従来の火力発電などと比べても、エネルギー効率は大きく優れてはいません。

2-3．コンバインドサイクル発電に注目が集まる理由

最近は、コンバインドサイクル発電の開発に注目が集まっていますが、コンバインドサイクル発電では、効率も原子力発電の2倍ほどよく、建設費用は10分の1ほどになります。また、コンバインドサイクル発電では、地震などの災害で、発電所による2次災害はありません。廃棄物やメンテナンスに伴う被曝（ひばく）の危険もないのです。そのため、地球と業務従事者にも安全であるコンバインドサイクル発電を日本の発電所の主力とする期待が高まっており、そのための技術者も大きく必要となっています。

3．原子力発電のメリットとデメリット

3-1． 原子力発電のメリット

原子力発電は、発電の段階で二酸化炭素を全く排出しません。温室効果ガスがないのは、地球温暖化を防ぐために大切な点です。同時に、大量の電力を供給できます。オール電化にすることで、灯油やガスなど一般家庭の天然燃料の消費も低くできるのです。また、燃料が少なくても安定した発電が可能であるため、発電コストも低く済みます。

3-2．原子力発電のデメリット

原子力発電では放射線が発生します。もちろん、放射線が漏れないように、徹底した安全管理をしているため、不必要に恐れる必要はありません。とはいえ、事実として、放射線の管理が必要であること、また放射性廃棄物が発生することはデメリットと言えるでしょう。大きな事故が生じて、放射線が流出するなら、修復が困難です。調査のために人が近づくことさえできません。

また、廃炉にするときも時間がかかります。そのため、運転中のコストは低くても、事故や廃炉のための管理には莫大なコストがかかるのです。そのため、総合的に考えるとコスト面でのメリットは、それほど高くはありません。

3-3．今後の改善が求められる原子力発電

東日本大震災では、原子力発電所で予想を超えた被害があり、致命的な事故に至りました。この教訓を次回に生かすためにも、技術者の強化が求められています。原子力発電でどのように安全性を高めていけるでしょうか。

また、コンバインドサイクル発電など、地球にも業務従事者にも安全な発電所を広く開発することも課題です。このように、今後の日本の発電には、さらなる飛躍と展開が期待されており、技術力の高い専門家が必要とされています。発電所では、常に電気主任技術者を選任しなければなりません。発電所の保安と点検を行う電気主任技術者は重要な役割を果たすのです。ですから、関連する電気技術や資格を複数持つ技術者は、日本の未来の電気を支える貴重な人材となることでしょう。

まとめ

原子力発電には、確かにメリットもありますが、改善するべきデメリットもあります。地球環境や安全のためにも、また、安定した電気供給のためにも、発電所の開発にはさらなる進歩が期待されているのです。日本は発電所開発において世界に誇る技術を持っています。そのため、日本の電気関連業務の技術者は世界からも注目される人材なのです。