中学2年の理科で、「モーターと発電機は同じもの」で、モーターに電気を供給するとモーターの軸が回転し、電源を取り去って軸を強制的に回すと電気が発生すると学んでいるようです。 私の基礎知識も同じです。
さて、先週の電力逼迫騒動で次の疑問がわきました。
(Q1)発電機の回転数は一定(関東なら毎秒50回)なので、(多くの家で沢山電気を使い)電力が不足した時、どうやって(回転数を変えずに)発電量を増やすのかという疑問です。(発電機に送る火力発電の蒸気量を増やすと回転数が増えてしまうのではないかと思っていました)
さらに、これは以前から気になっていたのですが、
(Q2)需要がないのに、無駄な発電を行っていることはないのか?。必要以上に発電された電力はどこへいくのかな?。という問題です。
少し勉強したところ、大体様子が分かりましたので、まとめておきます。
これは発電所から家庭までの送電を超単純化した図です。
コイルの近くで棒磁石を回すとコイルに電気が流れます(中学2年生の理科参照)。コイルは保守的な素子で、コイルの中の磁力線を以前の状態に保つようにコイルに電流が発生します。例えば、コイルの中に磁力線が無い時に(棒磁石の回転で)磁力線が入ってくると、それを妨げるように、また、コイルに一旦磁力線が入っていて、それが減っていくと、磁力線を保つように電気が流れます。
(ここからが、私が分かっていなかった点ですが)
棒磁石が回転して磁極が近づいてくるとき、コイルに流れる電流は近づいてくる棒磁石の磁極を押し返す方向に働きます。
そこで、多くの家庭で電気を使うと沢山の電流が必要になり、その電流が多くなればなるほど棒磁石の回転を妨げる力になるため、棒磁石を回転させる力が必要になります。火力発電ですと燃料を沢山燃やし、蒸気をタービンに送って回転力にします。
これで、私の疑問Q1,Q2は、自動的に解けます。
A1:電気の需要が大きくなる(多くの家庭で電気を使うと)と、放っておくと棒磁石の回転力不足で周波数を関東なら50Hzに保てなくなるので、燃料を燃やして回転力を増加させる。回転力の増加が、発電量の増加に貢献する。
A2:私は使われない電気が無駄に発電されていないか心配だったのです、電力需要に追いつくように(回転数が落ちないように)発電しているので、無駄な電気は作っていない、ということです。今更ながら、電気ってすごいなと思いました。