2018年7月9日月曜日

蓄電コストはが下がり、原発は無駄になる

世の中には、なぜか再生可能エネルギーを快く思わない人がいます。そして、必ず言う事は「太陽光も風力も出力が不安定で使い物にならない」である。実際、数が多ければ変動は小さくなるし、そもそも需要も大きく変動しているので日本の現状では大騒ぎするほどの事はない。
さて、今後さらに再エネを増やすために重要な技術は蓄電である。揚水発電なども蓄電の一つですが、場所も限られるので、今後大きく増やすことはできない。一方蓄電池は寿命が短くコストが高いという欠点がある。ただし、蓄電池での蓄電コストが高いのは今現在の話である。
蓄電池は自動車やドローン、携帯電話、など様々な目的のために、製造原価の削減とサイクル寿命の高寿命化を目指して今でも開発が続いている。一回の充電で1000kmを超えるような自動車ができれば儲かることが分かっているので、投資も増えているのでしょう。
同じコストの蓄電池でも寿命が倍になれば蓄電コストは半分で済む。蓄電コストはどのくらい下がっているだろうか?住宅用蓄電池はこの10年で半額以下、寿命も倍くらいに伸びているので、蓄電コストは10年で4分の1に下がっている。おおよそ5年で半分の計算になる。10年で4分の1、15年で8分の1、20年で16分の1の計算になる。
現在はまだ、1kWhあたり30円~50円くらいする。これが2040年ころには20分の1前後まで下がる可能性がある。1kWhあたり、1.5円~2.5円くらいになる。
太陽光発電の発電単価は7円/kWhくらいにはなるので、電力のコストは充電を含めても10円以下になる。
電力の分散化が進めば、中央集権型の電力のように長距離送電も不要になり、災害にも強くなる。途上国など電力が乏しい地域にもいっきに拡大できる。安い分散化電力が当たり前になるり、自動車もEV化が進むので、自動車も蓄電設備としての役割を兼ねるようになり、さらに蓄電が加速することになるだろう。それでも、今から原発新設など無駄な投資はやめたほうが良い。原発が40年の寿命を迎える前に、もっと安い電力で原発は無駄になるだろう。

2018年6月4日月曜日

日本は森林や農地を利用せずに、太陽光だけで電力をまかなう事ができるか?

蓄電コストが下がったら、日本は太陽光発電だけで電力はまかなえるか?
それも、森林や農地を破壊せずに実現きるか?

答えはYes

住宅地の10%で太陽光発電なら可能な値ではないだろうか?
日本の住宅地面積は111万ha、道路や学校、工業用地などは含まない。住宅地のうち約10%を太陽光発電に使えるとすると、10万ha以上になる。

1平方メートルあたりの平均発電量は一日あたり300Whくらい。
晴天率や太陽の角度によって発電量は異なるが、日中平均で一時間あたり25Wh発電できれば、一日平均で300Whくらいは発電できる計算です。

1haでは10000平方メートルだから、3000kWh/日になる。

さらに、10万ヘクタールでは
100,000×3,000kWhだから、300,000,000kWh/日になる。

年間に換算すると365倍して、1兆kWhを超える。
住宅地以外も利用可能。日本の工業用地は16万haある。このうち7割を太陽光発電に利用できれば、同じ電力量が得られる。
充電コストが下がって数円/kWいかになれば、太陽光だけで十分やってゆける時代がやってきます。
それも、農地や森林を破壊しないですむ。

やはり、将来、原発は不要です。充電技術は重要ですね。

2018年4月26日木曜日

LIMEX(ライメックス)という用紙は本当に環境に良いのか?

最近、名刺などに使われ始めたLIMEXという石灰石とポリプロピレン樹脂で出来た用紙があります。重量比で8割近くが石灰石が原料で、紙の様に大量の水を使わずに製造できるし、リサイクルも何度でも可能と言われています。
しかし、本当に環境に良いのでしょうか、プラスチックが体積比で半分くらいで出来ている用紙です。樹脂が含まれている以上、河川や海洋に出ると、一般のプラスチック同様に分解できずに環境中に蓄積される可能性があるります。食器用途などでは、現状のプラスチック食器と同様に投棄される可能性もありますので、利用者側でも十分注意する必要があります。環境に良いと思っても使い方によっては、問題を引き起こすので、用途はよく検討すべきだと思います。

2017年9月4日月曜日

ミサイルが上昇中、燃焼が終わった時点で爆発した場合

北朝鮮が8月29日に発射した「火星12」とみられる弾道ミサイルについて、もし上昇中、エンジンの燃焼が終わった高度200kmで爆発した場合、破片は日本に落ちてくるか、計算してみました。
結果は爆発した地点から約1500km以上先になりました。


上昇中のミサイル、爆発する直前のミサイルの上昇速度は毎秒2600m、水平速度は3600mとします。2600mは高度200kmからさらに約350km上昇できる速度です。
爆発でばらばらになったミサイルの破片は、マッハ3程度の秒速1000mで飛び散ったとします。
これは、前の投稿でも説明しています。

すると下向きに飛び散る破片は秒速2600m-1000mで、秒速1600mで上昇します。

秒速1600mのミサイルは高度をさらに130km上昇します。時間で約163秒、高度約330kmに達し落下がはじまります。330kmの高度から地上まで落下する時間は約259秒です。
合わせると、422秒、秒速3600mで水平移動していますから、

3600×422=1519200、約1519kmです。

では、水平速度と逆方向に飛び出した破片は、水平速度が秒速3600mから秒速1000m減るので、秒速2600mに速度が落ちます。上昇速度は失っていないので、約550kmまで到達しますので、地上に落下するまでの時間は、高度200kmから550kmまで上昇する時間265秒、高度550kmから落下する時間335秒、合計で600秒かかります。
秒速2600×600秒で、1560kmです。

下方、逆方向に飛び出した破片は、爆発した地点から1500km以上先に落下する計算になります。これを地図でみると、発射地点から1500kmですから、北海道には落下する計算になりました。


この計算は、爆発した時の速度をマッハ3くらいと、やや危険側で計算していますので、実際に爆発した場合は、1500kmよりも先に落ちると考えられます。爆発で飛び散る速度がマッハ2で後方に飛び出した破片で計算すると1750kmくらい先まで飛んでゆく計算になります。
特に質量が多い破片ほど、爆発による加速ができませんので、爆発しない場合の軌道に近いところを飛んでゆくと考えられます。



原発が止まって火力が増えたのは一時的

原発が止まって火力発電が増えたという言われていますが、どの程度増えたのか調べてみました。

総発電量の情報から確認を確認してみます。
http://www.fepc.or.jp/enterprise/jigyou/japan/

ここに、発電量の情報が出ています。割合で書かれているので、それぞれの電源別発電量を計算してみました。1パーセント未満の数値はまるめられているのでおおよその値です。
確認してみると、2007年の火力総発電量は約6700億kWh、2015年度は約7500億kWhです。2007年の火力発電量を100%とすると、2015年は112%、
12%しか増加していないことがわかりました。
最大でも2012年の24%増です。

この間GDPは増加していますので、経済成長していますから、家電機器の省エネ化、LED照明などによる省エネ化、多くの企業努力、産業構造の変化によって電力消費量が減っている事と、再生可能エネルギーが増えている事などで、原子力が無くても、火力発電の量が減ってきているものと思われます。

今後、高効率なコンバインドサイクルの火力の導入がさらに進み、更なる省エネも進み、再生可能エネルギーの拡大余地もありますので、2007年比で火力発電はさらに減らせる可能性があります。原発事故の後に、原子力が無いと火力発電の増加で大変な事になると大騒ぎしていましたが。当初考えていたよりも火力発電を増やさないで済んでいるということになります。

残念ながら2016年以降は電源別発電量が発表されないようなので、2016年はどうだったのか見つけることができませんでした。








2017年9月3日日曜日

550km上空を通過するミサイルが上空で爆発したら、落下物の危険はないか?

北朝鮮が8月29日に発射した「火星12」とみられる弾道ミサイルについて、もしも、550km上空をマッハ10.5で通過中に爆発した場合、真下の日本の陸地に落下物は落ちてこないか?

爆発でばらばらになったミサイルの破片は、どんなに加速されても、マッハ2程度です。例えばライフル銃の弾丸は通常マッハ2から3程度と言われています。爆発は爆破時間が短く、広がる空間で、ライフルのような筒の中のようには加速できません。

さて、550km上空を、マッハ10.5で移動中の物体が爆発して、破片が真下にもしもマッハ3で飛び出したとします。(余裕をみて、マッハ2ではなく、マッハ3で計算してみます。)その物体が地上まで落下する時間は?

初速が1020m/秒加算された計算になります。
自由落下で1020m/秒に加速するための時間は、104秒、約53km落下後です。
t=v/g (v:速度、g重力加速度9.8m/s^2)
さらに53km上空から落下させたときの、落下の残り時間と同じです。
603km上空から地上までかかる時間は、350秒ですから残り時間は
350秒-104秒=246秒、
246秒後に地上に到達することになります。

落下距離から時間を求めるためには、
SQRT(2×h/g) h:高さ
です。

さて、
マッハ10.5、秒速3570mの物体が246秒進むと、約878km
約850km以上先に落下することになります。

重い破片ほど、爆発時に加速できないので、より遠くに飛ぶことになります。

では、後方にマッハ3で飛だした破片は、どうなるでしょう。
マッハ10.5-3=7.5
つまり、マッハ7.5に減速したことになります。
550kmを落下する時間は約335秒ですから、
0.34×7.5×335=約850000、850km先ということになります。

実際は、爆発で破片が飛び出す速度は、マッハ3までは到達しないと思われますので、真上で爆破しても、心配ないといえます。

では、次回は、上昇中について、考察してみます。

(もしも、計算ミスや勘違いがありましたら、コメントでご指摘ください。)


2017年9月1日金曜日

ミサイルの軌道を描いてみた

北朝鮮が8月29日に発射した「火星12」とみられる弾道ミサイルについて、Jアラートで、テレビ放送では日本の上空を通過した時間になっても非難を呼びかけていました。本当に北海道から長野まで落下する可能性があったのだろうか?また、何分間も非難を呼びかける必要があったのだろうか?

そこで、おおよそ計算してみました。
最初燃焼時間がわからなかったのですが、報道によると、151秒とわかりました。
http://www.yomiuri.co.jp/world/20170830-OYT1T50071.html
そこで、
空気抵抗が無いとして計算してみました。151秒間(2分半)燃焼すると、
燃焼終了時の高度は198km

そのときの上昇速度は2626m/sec
そうすると慣性で550kmまで上れます。
約1/3まではロケットで上昇し、残りは慣性で上昇します。
ロケットの垂直方向の加速度は17.4m/s^2で、この高度まで上昇してきたといえます。

水平方向の加速度は約25
m/s^2で、この位置まで加速してきた計算になります。
水平方向約300kmあたりで燃焼終了、水平方向秒速3576m、水平方向マッハ10.5
(垂直方向の速度とあわせて、燃焼終了時は最高速度マッハ13少し)

総飛翔時間は754秒、約13分
遠心力やコリオリ力は無視しているが、それほど大きく差は無いと思う。

燃焼が終了した高度では空気抵抗がほとんどない人工衛星が飛ぶ高度以上、向きと速度が観測できれば着弾地点がわかるはず。3分後には着弾地点は計算できて、日本に落ちる可能性が無いことを判断できたと思います。

簡易的ですが、グラフに描くと、こんな感じというのがよくわかりますね。燃焼時間は、思っていたより短いと感じます。
実際は地球はまるいのですが、地面を平らとしてあらわしてあります。
高度と距離の比が等しくなるようにグラフを描きました。
















燃焼していた距離を地図でみると発射された場所から
300kmと、半島にかなり近い位置であることがわかる
自動代替テキストはありません。