全部を太陽光発電でまかなうと仮定してみた

日本の全消費エネルギーを太陽光発電でまかなうと仮定してみたらどうなるか、計算してみた。

結論:ほぼ九州すべてを太陽光発電所にしなければならない。しかし、10年20年では不可能。

仮に、公共系建築物+発電所・工場・物流施設+ 低・未利用地+耕作放棄地+一般の一戸建て住宅の南側屋根をすべて太陽光発電にしても必要な面積の6.3%にしかならない。すなわち土地がない。

提言:日本人が、本気で脱化石燃料を達成するならば、人口をさらに大幅に減らす、エネルギー消費も極端に減らす、太陽光発電や風力発電をあらゆるところに設置するしかない。しかも、現状の原子力発電は核燃料のウラン自体が枯渇(後20年ほどしかない)していることからまったく頼れない。

現実的に達成可能な技術開発の必要性 : 断熱や運動エネルギー回生などの徹底した省エネ、太陽光発電の高効率化と長寿命化、低価格大容量二次電池(カリウム電池、ナトリウム電池)の開発、超大規模海上太陽光発電技術の確立、国立の核廃棄物処理場を東京湾海底下に作成、クリーンで継続できる核燃料サイクルの確立 達成。

以下詳細

日本の年間全消費エネルギー 13.38e18 [J] (2017年)

引用 エネルギー白書2019

換算係数 2.7778e-7 [kWh/J] で電力へ変換

日本の年間全消費エネルギー 3.7166964e12 [kWh] =  13.38e18*2.7778e-7

太陽光発電の年間発電総電力の仮定 1.0e2 [kWh/㎡/年] とする

南側の屋根に付ける場合もう少し大きい値である。
設置面積 1[㎡]あたりの日本での平均年間総発電量 144[kWh/㎡/年]

144.73564 = 3.88*0.73*0.14*365/1

設置面の1日当たりの年平均日射量-東京都八王子真南屋根角度(30度) 3.88[kWh/m²/日]

損失係数・約73％

システム容量(kW) 1平方あたり140[w]の出力(変換効率15%)

年間の日数 365

標準状態における日射強度 1

引用 太陽光発電の発電量はどれくらい？

日本の全消費エネルギーを太陽光発電できる面積  3.7166964e10 [㎡] = 3.7166964e12/1.0e2

= 37,166 [km²]

ちなみにこれは九州の面積( 36,780 [km²])とほぼ同じである。

正方形とすると一辺の長さは、 192[km] = 192787.3[m] = sqrt(3.7166964e10)

ちなみに

日本人一人当たりでは、 309.7  [㎡] (= 13.38e18*2.7778e-7/1.0e2)/(12000*10000)

日本人一人当たり正方形とすると一辺の長さは 17.59 [m] (= sqrt(309.7))

ちなみに1トンの原油を燃焼させたときに約 42[GJ] = 42e9[J] の燃焼熱量がある。

(1 [toe] = 42 [GJ] toe:Tonnes of oil equivalent)

したがって、日本の年間全消費エネルギーを石油に換算すると 

3.18571428e8[toe] (= 13.38e18/42e9)

日本人一人当たりでは、2.65 [toe] (=3.18571428e8/(12000*10000))

ウラン核燃料は重量比で原油の約8万倍の効率があるが、すべて原子力で賄うとすると、

3982 [t] (= 3.18571428e8/80000)

同じ質量の水なら、一辺が 15.8 [m] (= pow(3982, 1/3) )の立方体である。

ウラン核燃料は水より重いから体積はずっと小さいが安全管理の保存空間はずっと大きい。

燃えカスのウラン核燃料は廃棄処分に困るのでこれがどんんどん積み重なっていく。

遊びとして、アインシュタインの質量等価公式に従いエネルギーを質量換算してみる。

1[J] = 1.11265e-17[kg] なので

日本の年間全消費エネルギーを質量に換算すると 0.148[t] = 148[kg] (= 13.38e18*1.11265e-17) 

ウラン核燃料の0.0037[%] (= 100*0.148/3982)が燃えるのである。

太陽光発電ポテンシャルによると 「太陽光発電（非住宅系に限る、以下同じ）の導入ポテンシャルの合計は 14,930 万 kW と推計された。その内訳は、公共系建築物で 2,320 万 kW、発電所・工場・物流施設で 2,900万 kW、低・未利用地で 2,730 万 kW、耕作放棄地で 6,980 万 kW となった。また、基本シナリオ１では導入可能量は表出せず、基本シナリオ２では 7,200 万 kW と推計された。 」0.1[kw/㎡]で計算するとこれらの面積は、0.14930e10[㎡]である。

また上記には一般住宅を含んでいないので、加えてみる。一般の一戸建て住宅戸数 2600万戸と屋根の太陽光発電パネル設置面積を33[㎡](約10坪畳20枚)と仮定するとこれらの面積は、0.0858e10[㎡]である。

すなわち、公共系建築物+発電所・工場・物流施設+ 低・未利用地+耕作放棄地+一般の一戸建て住宅を合計すると 0.2351e10[㎡]である。これは、3.7166964e10 [㎡]の6.3%に過ぎない。