普段何気なく使っているコンセントの電気。でも、その電気がどこから、どのようにして私たちの元へ届いているか、考えたことはありますか？実は、発電所で作られた電気が家に着くまでには、驚くほど壮大で複雑な道のりを経ているんです。今回は、発電所からコンセントまでの電気の大冒険、そしてその裏側にある様々な技術や歴史について、分かりやすく解説していきます。
電気はどこから来るの？発電所からコンセントまでの全体像
私たちの生活に欠かせない電気。そのスタート地点は、もちろん発電所です。日本には、様々な種類の発電所があります。
- 火力発電：石油や石炭、天然ガスを燃やして水を沸騰させ、その蒸気でタービンを回して発電します。
- 水力発電：ダムなどに貯めた水を高い所から落とし、その水の力で水車（タービン）を回して発電します。
- 原子力発電：ウランの核分裂によって発生する熱で蒸気を作り、タービンを回して発電します。
- 再生可能エネルギー発電：太陽光、風力、地熱など、自然のエネルギーを利用して発電します。
これらの発電所で作られた電気は、そのまま家庭に送られるわけではありません。まず、超高電圧に変えられ、送電線を通って長い旅に出ます。
田舎や高速道路沿いで見かける巨大な鉄塔に張られた電線が、まさに電気の通り道である送電線です。電気はこの送電線を通って都市部へと運ばれ、その途中で何度も変電所という施設を通過します。
変電所では、送られてきた超高電圧の電気を、段階的に低い電圧へと下げていきます。そして最終的には、街中にある電柱の上の柱上トランスなどで家庭用の100Vや200Vにまで電圧を下げられ、ようやく私たちの家のコンセントにたどり着くのです。まるで電気の一大リレーですね！
豆知識：発電の基本原理
多くの発電所（火力、水力、原子力）は、「何か」の力でタービンを回し、それに繋がった発電機を回転させて電気を生み出しています。これは、自転車のライトをつけるダイナモ（発電機）や自動車のオルタネーター（発電機）と基本的には同じ仕組みです。発電機の中では、コイルと磁石が関係しあい、「電磁誘導」という現象を利用して電気を作っています。具体的には、磁石（または電磁石）をコイルの近くで回転させると、コイル内に電気が発生するのです。
なぜわざわざ超高電圧に？交流送電とテスラの勝利
発電所で作られた電気を、なぜわざわざ50万ボルトといった危険なほどの超高電圧にするのでしょうか？最初から家庭で使う100Vで送れば安全で簡単そうなのに…？
その答えは、送電ロスを減らすためです。電気を電線で送る際には、電線自体の抵抗によって一部の電力が熱に変わって失われてしまいます。これを送電ロスと言います。
重要なのは、送電ロスは流れる電流の大きさ（アンペア）に大きく影響されるということです。同じ量の電力（ワット）を送る場合、電圧（ボルト）を高くすれば、その分電流を小さくすることができます。（電力 = 電圧 × 電流 の関係があるため）
例えば、2000ワットの電力を送るとします。
- 100Vで送る場合：2000W ÷ 100V = 20A の電流が必要
- 1000Vで送る場合：2000W ÷ 1000V = 2A の電流で済む
- 50万Vで送る場合：2000W ÷ 500,000V = 0.004A の電流で済む
このように、電圧を高くすればするほど、同じ電力を送るのに必要な電流は小さくなり、結果として送電ロスを大幅に減らすことができるのです。だから、発電所から遠い場所まで効率よく電気を送るために、一度超高電圧に昇圧しているというわけですね。
豆知識：電流戦争 エジソン vs テスラ
電気の商用化が始まった当初、「直流」で送電すべきか「交流」で送電すべきかで大きな論争がありました。発明王エジソンは安全性を主張し「直流」を推しましたが、ニコラ・テスラは変圧器（トランス）で簡単に電圧を変えられる「交流」の効率性を主張しました。結果的に、高電圧で送電ロスを減らせる交流が送電システムの主流となり、テスラの勝利に終わりました。この出来事は「電流戦争」と呼ばれています。
変電所とトランスの魔法
超高電圧で送られてきた電気を、安全に使える電圧まで下げる役割を担うのが変電所です。変電所では、変圧器（トランス）という装置を使って電圧を自由自在に変えています。
トランスは、鉄心（コア）に2種類のコイル（電線を巻いたもの）を巻き付けたシンプルな構造です。入力側のコイル（一次コイル）に交流電気を流すと、電磁石となって磁力が発生します。交流は電気の流れる向きと大きさが常に変化するため、発生する磁力も変化します。この変化する磁力が鉄心を通じて出力側のコイル（二次コイル）に伝わると、「電磁誘導」の原理によって二次コイルにも電気が発生します。
ここで重要なのが、一次コイルと二次コイルの巻き数の比率です。例えば、一次コイルの巻き数が100回、二次コイルの巻き数が200回なら、電圧は2倍になります（昇圧）。逆に、一次コイルが200回、二次コイルが100回なら、電圧は半分になります（降圧）。
このトランスのおかげで、交流電気は簡単に電圧を上げたり下げたりできるのです。直流ではこの方法は使えません。まさに交流ならではのメリットと言えるでしょう。
送電線の素材と絶縁の工夫
電気の通り道である送電線。一般的には銅線が使われるイメージがありますが、実は超高圧送電線の多くはアルミニウム製です。
アルミニウムは銅に比べて電気抵抗が大きいのですが、重さが銅の約1/3と非常に軽いという特徴があります。同じ抵抗値の電線を作る場合、アルミニウムの方が太くする必要はありますが、それでも銅線より軽く作れるのです。長距離にわたって電線を支える鉄塔への負担を考えると、軽さは非常に重要な要素です。また、アルミニウムは銅よりも安価であることも理由の一つです。
豆知識：送電線の構造
アルミニウムは柔らかいため、そのままでは強度に不安があります。そのため、実際の高圧送電線は、中心に強度を高めるための鋼線（鉄線）を入れ、その周りをアルミニウム線で覆う構造（鋼心アルミ撚り線：ACSR）が一般的です。
また、高圧送電線が剥き出しになっているのを見て、「危なくないの？」と思ったことはありませんか？実は、電線の周りの空気が絶縁体の役割を果たしているため、通常は被覆（カバー）が不要なのです。ただし、電圧が非常に高いため、電線同士や鉄塔との間には十分な距離を保つ必要があります。そのため、巨大な鉄塔が必要になるわけです。
そして、電線を鉄塔に固定するためには、碍子（がいし）というセラミックやガラスなどでできた絶縁部品が使われます。ギザギザの傘がたくさん重なったような形をしているのは、表面に雨水や汚れが付着しても、電気が漏れて鉄塔に流れてしまうのを防ぐため、表面の距離を長く稼ぐ工夫なのです。
なぜ電線は3本なの？三相交流の秘密
街中の電柱や鉄塔の送電線を見ると、多くの場合、電線が3本1組になっていることに気づくでしょう。電気製品のプラグは通常2本の端子なのに、なぜ送電線は3本なのでしょうか？
これは、三相交流（さんそうこうりゅう）という方式で電気を送っているからです。家庭用のコンセントに来ているのは、主に「単相交流」と呼ばれる2本の線（正確には電圧がかかる線と中性線）を使う方式です。
一方、三相交流は、位相（波のタイミング）が120度ずつずれた3つの交流を組み合わせたものです。図でイメージすると、波が順番に追いかけっこをしているような状態です。
なぜ三相交流を使うのでしょうか？その最大の理由は、単相交流を3つ送るよりも効率が良いからです。理論上、三相交流は3つの波の合計が常にゼロになるという性質があり、帰り道用の電線（中性線）を省略、あるいは細くすることができます。また、同じ太さの電線であれば、単相交流よりも約1.7倍の電力を送ることができるのです。さらに、工場などで使われる大型のモーターを動かすのにも適しています。
発電所で作られる電気も、送電網を通る電気も、この効率的な三相交流が基本となっています。家庭に届く前に、一部が単相交流に変えられて供給されているのです。
豆知識：世界の送電線は4本？
日本では3本の電線（三相三線式）が主流ですが、世界的には中性線を加えた4本（三相四線式）で配電する地域も多くあります。海外旅行などで電線の本数が違うことに気づくかもしれませんね。
突然の停電「ブラックアウト」はなぜ起こる？
2018年の北海道胆振東部地震では、道内全域が停電する「ブラックアウト」が発生し、大きな影響が出ました。なぜこのような大規模停電が起きてしまったのでしょうか？
原因の一つは、電力の周波数（ヘルツ）の乱れにありました。交流電気は、プラスとマイナスが1秒間に何回入れ替わるかを示す「周波数」を持っています（東日本では50Hz、西日本では60Hz）。電力網につながっている全ての発電機は、この周波数をピッタリ合わせて運転する必要があります。これを「同期運転」と言います。
ところが、地震によって一部の発電所が停止すると、残りの発電所の負担が急増し、発電機の回転数が落ちて周波数が低下します。逆に、送電線が切断されるなどして需要が急減すると、発電機の回転が上がりすぎて周波数が上昇します。
車で急な坂道を登るとスピードが落ち、急に下り坂になるとスピードが出すぎるのと同じような現象です。発電所には、周波数を一定に保つための自動調整機能がありますが、急激すぎる変化には追いつけません。
周波数が基準値から大きく外れると、発電機自身や電力網全体を守るために、安全装置が働いて発電機が自動的に送電網から切り離されてしまいます。北海道のブラックアウトでは、地震による発電所の停止や送電線のトラブルがきっかけとなり、周波数が大きく変動。それに伴って発電所が次々と連鎖的に停止（脱落）してしまい、最終的に電力供給が完全にストップしてしまったのです。
これは、電力の安定供給がいかに繊細なバランスの上に成り立っているかを示す出来事でした。
なぜ日本は東西で周波数が違うの？50Hzと60Hzの壁
日本の電気の周波数は、静岡県の富士川と新潟県の糸魚川あたりを境にして、東側が50Hz、西側が60Hzと分かれています。なぜ一つの国で周波数が違うという、ちょっと不思議な状況になっているのでしょうか？
その理由は、明治時代にさかのぼります。日本で初めて電気事業が始まった頃、東京ではドイツ製の50Hzの発電機を、大阪ではアメリカ製の60Hzの発電機を輸入しました。そして、それぞれの地域でその周波数に基づいた電力網が広がっていった結果、現在のような東西分裂状態になってしまったのです。
昔の電気製品、特にモーターを使うもの（扇風機、洗濯機、レコードプレーヤーなど）は、周波数が違うと性能が変わったり、正しく動作しなかったりする問題がありました。最近の家電製品は、50Hz/60Hz共用（ヘルツフリー）のものがほとんどなので、引っ越しなどで困ることは少なくなりましたが、周波数の違いは今でも電力供給における課題となっています。
それは、東西間での電力の融通が難しいという点です。周波数が異なる電力網を直接つなぐことはできません。そのため、大規模な災害などでどちらかの地域で電力が不足した場合でも、もう一方から大量の電力を簡単に送り込むことができないのです。
この問題を解決するため、国内には数か所だけ、周波数を変換して東西の電力網を繋ぐ周波数変換所が設けられていますが、その容量には限りがあります。
豆知識：新幹線と周波数
東海道新幹線は、60Hz地域（新大阪）と50Hz地域（東京）の両方を走りますが、新幹線で使われる電気の周波数は60Hzに統一されています。そのため、JR東海は50Hz地域内に自前の周波数変換所を持ち、50Hzの電力を60Hzに変換して新幹線に供給しているのです。
エジソンの逆襲？直流送電のメリットと未来
かつて「電流戦争」で交流に敗れた直流ですが、近年、直流で送電する技術（直流送電）が再び注目されています。
交流送電の最大のメリットは変圧の容易さでしたが、実は送電ロスだけを見ると、直流の方が有利な点があるのです。
- 表皮効果がない：交流電気は電線の表面近くに偏って流れる「表皮効果」という現象があり、電線の太さを有効に使えません。直流にはこの現象がないため、同じ太さの電線ならより効率的に電気を流せます。
- 無効電力がない：交流特有の「無効電力」という、実際の仕事にはならない電力ロスが直流にはありません。
- 絶縁や設備コスト：交流は電圧が常に変動しており、最大電圧に合わせて絶縁設計をする必要があります。実行値が同じ100Vでも、交流の最大電圧は約141Vになりますが、直流は100Vのままです。そのため、直流の方が絶縁に必要なコストや、鉄塔などの設備を簡素化できる可能性があります。
- 送電線の本数：三相交流は基本的に3本必要ですが、直流なら2本、あるいは海や大地を帰り道として利用すれば1本でも送電可能です。
これらの理由から、特に長距離の海底ケーブル送電や、異なる周波数（50Hz/60Hz）の電力網を繋ぐ場合、再生可能エネルギー発電所からの送電などで、直流送電が有利になるケースがあります。実際に、北海道と本州を結ぶ送電線の一部には直流送電が採用されています。
昔は難しかった直流から交流への変換や、電圧の変換も、近年のパワーエレクトロニクス技術（半導体技術）の進歩により、効率的に行えるようになってきました。これにより、状況によっては直流送電の方がコストメリットが出るようになり、エジソンが夢見た直流の時代が、形を変えて再びやってくるのかもしれません。
もちろん、直流には変圧が複雑、電気を遮断するのが難しいなどの課題もありますが、交流と直流、それぞれのメリットを活かしたハイブリッドな送電網が、未来の電力システムを支えていくことになるでしょう。
電気の裏側
発電所から私たちの家のコンセントまで、電気は実に長く、そして工夫に満ちた旅をしていることがお分かりいただけたかと思います。超高電圧での送電、変電所での電圧調整、三相交流の採用、そして直流送電の可能性…普段意識することのない電気の裏側には、たくさんの知恵と技術が詰まっていますね！
この動画を観れば、電気に対する見方が少し変わるかもしれません。次にコンセントを使うとき、その向こう側にある壮大な電力ネットワークに思いを馳せてみるのも面白いのではないでしょうか。
この動画を見るべきか？評価
- 電気の仕組みへの知識欲を満たせるか：★★★★★
- 日常の「当たり前」への見方が変わるか：★★★★☆
- 友人や家族に話したくなる面白さがあるか：★★★★☆
電気の旅は、まさに現代社会を支える大動脈。その仕組みを知ることで、エネルギーの大切さや、それを安定供給するための努力を改めて感じることができます。ぜひ、動画本編でさらに詳しい解説や、面白いエピソードに触れてみてください！
コメント