発電、変電、送電、蓄電を一つの電力システムとして捉え、方式ごとの原理と課題を比較します。
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発電方式・送配電・電力変換・蓄電をつなぎ、kWとkWh、電圧と損失、需給調整を一つの例で理解する。
水力・火力・原子力・太陽光・風力は、発電方式だけを比べても本当の違いは見えない。周波数、需給調整、変電、送電損失、蓄電池、保護リレーまでを一つの電力システムとして捉え、出力と安定度を決める数式、現行設備、再生可能エネルギー研究の焦点を図解する。
火力発電所は燃料を燃やすだけの設備ではない。ボイラ、蒸気タービン、ガスタービン、復水器、発電機を熱力学の式でつなぎ、超々臨界圧・GTCCの高効率化、負荷追従、排ガス処理、水素・アンモニア・CCSによる脱炭素化を図解する。
水力発電は水の落差と流量を水車・発電機で電気へ変える技術である。出力式、水車の選定、ダム式・流れ込み式・揚水式、ガバナと系統調整、魚道と環境、デジタルツイン・可変速揚水までを、設備と運用の両面から解説する。
原子力発電は、核分裂で生じた熱を蒸気タービンへ渡す巨大な熱機関である。連鎖反応、軽水炉の一次・二次系、反応度と冷却、安全系、燃料サイクル、SMRと最新研究を、効率・リスク・系統運用の数式と図解で整理する。
太陽光発電は、太陽電池セルのpn接合で光を直流電力へ変え、MPPT・インバータ・変圧器で負荷や電力系統へ渡すシステムである。I-V特性、温度・影・日射の影響、系統連系、蓄電池、現行設備と最新のペロブスカイト研究を数式と図解で整理する。
風力発電は、ブレードが風の運動量を受けて回転し、発電機とインバータで電力へ変換する。ベッツ限界、ピッチ/ヨー制御、固定速・可変速、洋上風力、予測、系統連系、騒音・鳥類、最新の浮体式研究までを数式と図解で解説する。
地熱発電は火山国日本の足元にある安定電源だが、資源量は世界3位でありながら設備容量はその一部にとどまる。フラッシュ方式とバイナリー方式の違い、資源評価と掘削のリスク、温泉・国立公園をめぐる規制、EGSや超臨界地熱という次の技術までを図解する。
発電所の電気が、なぜ数百kVまで昇圧され、変電所で段階的に降圧されるのか。変圧器、遮断器、母線、保護リレー、送電線の役割を、損失・電力角・絶縁協調の数式と現行設備、デジタル変電所、HVDC研究まで一つの系統として図解する。
電池は電気を「貯める発電所」ではなく、時間をずらして需給を調整する電力設備である。セル電圧・容量・Cレート、SOC/SOH、熱暴走、安全設計、系統用蓄電池とV2G、全固体電池など最新研究を数式とグラフで解説する。
リチウムイオン電池は数分から数時間の需給調整に強いが、それより長い時間軸を埋めるには別の技術がいる。揚水発電の往復効率と可変速化、グリーン水素の電解・貯蔵・再変換、実プロジェクトと効率比較表から、大容量・長時間貯蔵の設計思想を読み解く。
同期発電機の回転体が持つ運動エネルギーは、需給の急変を数秒単位で和らげる緩衝材である。太陽光・風力・蓄電池のインバータ電源が増えてこの緩衝材が減ると、系統はどう不安定になりうるのか。スイング方程式、一次〜三次調整力、合成慣性、そして実際の大停電事故から読み解く。
太陽光や蓄電池が家庭や配電線に増えると、電気は発電所から需要家への一方向では流れなくなる。スマートメーター（AMI）、通信プロトコル、デマンドレスポンス、自己修復型の配電自動化を、変電所・送電網の仕組みと接続しながら図解する。
屋根の太陽光、家庭用蓄電池、EV、工場のデマンドレスポンス。ばらばらな分散リソースをIT基盤で束ね、あたかも一つの発電所のように市場へ供出するVPPの仕組みを、日本のアグリゲーター制度・需給調整市場・実証事例とともに図解する。