タービンの種類や仕組みは？ どんな用途があるの？

1．タービンとは？

タービンとは、流体が持っているエネルギーを機械的な動力に変換する回転式の原動機のことです。といっても、これだけではどのようなものなのかイメージがわかない人もいるでしょう。最も原始的なタービンは水車と風車です。

水車は水の力、風車は風の力を利用して動力を得て製粉作業などをします。水も風も流体ですから、物体を回転させるのに適しているのです。現在のタービンは製粉だけでなく、発電や乗り物を動かすなどいろいろなところで使われています。

2．タービンの仕組みは？

タービンの構造を大まかに説明すると、流体エネルギーを受ける羽と駆動力を伝える軸や歯車の2か所から成り立っています。水車や風車を見学したことのある方ならお分かりだと思いますが、水車や風車の内部は歯車や軸が組み合わさっているのです。この歯車や軸が羽の受けたエネルギーを動力に変換しています。

また、ガスタービンなど流動エネルギーが得られない室内で使うタービンの場合、空気を圧縮して羽へと送る装置が付くのです。つまり空気を吸いこんで圧縮し、燃料の熱で膨張した空気を羽へと送りこみ排気します。決して複雑な仕組みではありませんが、だからこそ長時間使い続けても故障しにくいでしょう。

3．タービンにはどのような種類があるの？

この項では、タービンの種類をご紹介しましょう。何をエネルギーにして動くかによって名称も変わってくるのです。

3-1．水力タービン

水力の力で動かすタービンです。水車もこれに分類されます。現在では水力発電にも使われているのです。水力発電は、水の力でタービンを回してそのエネルギーを発電機に伝えます。そのタービンを回すためのエネルギーを得るためにダムを造ることもあるのです。

3-2．蒸気タービン

高温高圧の蒸気をエネルギーとして回るタービンです。汽船はこの蒸気タービン回すことによって得られたエネルギーを推進力として進んでいます。

また、火力発電所も蒸気タービンを利用しているのです。火力発電所というは炎の力で電気を作っているというイメージがありますが、火力そのもので発電機を回しているわけではありません。石油や石炭、そして天然ガスといった燃料を使ってお湯を沸かして高温高圧の蒸気でタービンを回すのです。蒸気機関車なども蒸気タービンを使っています。

3-3．ガスタービン

こちらは蒸気タービンと燃料は同じですが、水蒸気ではなく高圧のガスを発生させてタービンを回します。飛行機などに使われるジェットエンジンはこのガスタービンを利用しているのです。

また、火力発電所の中には蒸気タービンではなくガスタービンを使っているところもあります。さらに、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた、コンバインドサイクル発電所もあります。

3-4．風力タービン

風力を利用したタービンです。前述でご紹介した風車も、風力タービンの一種です。このほかにも風力発電に使うタービンや水をくみ上げるのに使うタービンなどもあります。タービンの中では最も歴史が古く、紀元前のエジプトの壁画にも風力タービンが描かれているのです。

3-5．空気タービン

空気タービンとは圧縮した空気でタービンを回す方式です。太陽熱発電などに使われており、エコなエネルギーとしても注目されています。太陽熱発電の仕組みは、太陽熱を集光して発熱させ高温の空気を作って圧縮しそれでタービンを回すのです。発電効率がよく、冷却水もいらないので家庭でも発電が可能になっています。

4．タービンの用途は？

この項では、タービンの用途についてご紹介します。今までも少しご紹介しましたが、より詳しくご紹介していきましょう。

4-1．物体を動かす

タービンはエンジンの一部としても使われています。車やバイク、さらに船や飛行機が動くのもタービンの駆動力がエンジンを動かしているからです。ちなみに、大型のエンジンほどタービンも大きくなりより強力なエネルギーが得られるようになります。しかし、その分、動かす物体そのものも大きくなるでしょう。

4-2．発電

現在、タービンが最も活躍する場所は、発電所になります。発電所に設置されているタービンは巨大です。また、タービンがなくては発電ができません。発電所には、水力や火力、風力、原子力などがありますが、これらは皆タービンを動かす燃料や媒体の違いで名付けられています。

また、最近は地熱発電や潮力発電などエコな発電も注目されていますが、そのどれもがタービンを回して発電機を稼働させる、という点では同じなのです。

5．なぜ、原子力発電や火力発電がすぐれているのか？

東日本大震災が発生した際に、福島の原子力発電所が大きな被害を受けました。これをきっかけにエコな発電が注目を集め、太陽光発電システムなどを取りつける家庭も増えてきたのです。現在、日本の原発は一部を除いて停止していますが、その代わりとして主力となっているのが火力発電になります。

火力発電のメリットは、安定したエネルギーをタービンに送り続けられることです。太陽光や風力、水力などはどうしてもエネルギーにムラができます。ですから、発電量が一定しません。

自宅に太陽光発電システムを設置している方ならお分かりいただけると思いますが、発電量が目まぐるしく変化しています。電力供給に支障をきたし停電などの原因になってしまうのです。ですから、エコな発電はいまだに火力発電に取って代わることはできません。しかし、この先、火力発電並みに安定した電力を得られる自然のエネルギーを利用した発電システムができたのならば、エコ発電は火力発電に取って代わることができるでしょう。

そのための研究も進んでいますが、実現はもう少し先になりそうです。さらに、現在は自然災害による風力発電や太陽光発電の装置の破損も問題になっています。特に、強風が吹くと巨大な風車や太陽光パネルは壊れやすいでしょう。

おわりに

今回はタービンの種類と構造についてご紹介しました。タービンの構造自体は、すでに前述したように紀元前のエジプトで開発されています。それから現代まで、少しずつ改良を加えて、現代の形になってきているのです。タービンはいかにエネルギーを効率よく動力に変えるかで、良し悪しが決まります。

また、タービンが壊れてしまえば、動力を得ることができずに、システム自体が使用不能になることも珍しくありません。電気主任技術者は、発電所などでタービンの保安や補修などをすることもあるでしょう。発電所では、タービンが心臓部といっても過言ではありません。ですから、電気主任技術者の試験問題にはタービンに関わることが出ることも多いのです。

そのため、各タービンの違いや構造など必要なことは早めに覚えておきましょう。種類は多いですが、流体エネルギーの種類が分かっていれば、覚えるのはそれほど難しくはありません。