人間はなぜ電気を使うのが好きなのでしょうか?

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我が国で建造中の３隻目の新型航空母艦は、船の動力源として「全電気推進」または「統合全電気推進システム」を採用することをご存知ですか？

中国の新しい空母の想像図

それはどういう意味ですか？つまり、まずメインエンジンが電気を生成し、その電気が推進用のモーターに供給されます。メリットとしては、航空母艦には電磁カタパルトなどの「電力を大量に消費する」装置が搭載されるため、主機関を発電専用にすれば、電磁カタパルトの電力消費の問題も同時に解決できる。

電磁カタパルトの概略図

リストを見ると、世界で全電気推進システムを使用している船舶は次の通りです。

全電気推進の利点は、より機敏なギアチェンジとより強力な押し戻し感覚で、これは電気自動車と非常によく似ています。軍艦の場合、高出力レーダーや電磁カタパルト、将来登場する電磁砲やレーザー兵器などはいずれも大きな電力を消費するため、全電化システムには当然利点がある。

高度な運動エネルギーによる殺傷兵器 - 電磁砲

電気推進がこんなに優れているのなら、世界中の船はすべてずっと前から電気推進を採用しているべきではないでしょうか？実際、アメリカは第一次世界大戦の頃から大型戦艦に電気推進を採用しようとしており、ニューメキシコ級、テネシー級、コロラド級などの大型戦艦は1920年代に次々と電気推進システムを採用していました。

コロラド級戦艦

しかし、第二次世界大戦までに、アメリカの主力戦艦のあらゆるタイプは、推進のために主エンジンを使用して長いシャフトを介してプロペラを直接駆動する方式に戻っていました。これはなぜでしょうか?その理由は、まずメインエンジンを使って電気を生成し、その電気を使ってモーターを駆動し、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するからです。電気エネルギーを機械エネルギーに変換する過程では、避けられないエネルギー損失が発生し、全体的なエネルギー利用率が低下します。複数の大きなギアと大きなシャフトを備えた機械式トランスミッションほど爽快で効率的ではありません。そのため、後の世代の船舶、戦車、自動車のほとんどは、依然として単純で直接的な機械式トランスミッションを採用していました。

機械伝達構造図

では、なぜ今、「全電気推進」というコンセプトが復活したのでしょうか?それは、先に述べたような新設備の「大口電力ユーザー」の厳格な要求と、性能の柔軟性など他のメリットと、エネルギー変換のロスによって生じるデメリットとの駆け引きの結果に他なりません。

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「電気推進」に関して言えば、近年の民生用電気自動車の急速な発展は間違いなく避けて通れない話題です。実は、そうした大型電気バスは、私たちが気づかないうちに以前から私たちの都市で普及していたのです。

北京の「チャイナレッド」純電気バスが長安大街を走行

しかし、自家用車となると、人々はその「費用対効果」を慎重に検討するでしょう（結局のところ、それは自分たちが苦労して稼いだお金ですから）。今日の急速な発展は、バッテリーや制御装置などの技術の進歩と、同国の「低炭素・環境に優しい」政策による補助金のおかげで実現した。

国営電力網電気自動車充電ステーション

「低炭素・環境保護」というと、誰もが次のような疑問を抱くかもしれません。電気自動車は電気を「燃やして」炭素を排出しませんが、我が国の主な発電方法は依然として石炭火力発電であるため、依然として炭素が排出されているのではないでしょうか。

そうですね、私たちに言えることは、まず自家用車のエネルギー使用を電力網に接続し、次に電力網の供給元で発電モデルを最適化し、従来の火力発電を原子力、風力、太陽光発電、バイオマスなどのクリーンエネルギーに徐々に置き換えていくことだけです。最初にインターネットに接続することによってのみ、全体的なパフォーマンスを最適化するのがより便利になります。

実際、ネットワーク最適化に依存するこのモデルは、前回の産業革命の頃から始まっていました。質問です。19 世紀後半に起こった「第二次産業革命」の画期的な技術は何でしたか?それは電気と内燃機関です。

4ストローク3気筒エンジンの動作図

実は、ドイツのポルシェ博士は20世紀初頭に電気レーシングカーを製作していたのですが、電気自動車は結局普及しませんでした。それ以来、内燃機関は陸上、海上、空中のさまざまな乗り物の中核的な動力源として位置づけられてきました。これは、車両単体でのエネルギー利用効率と利便性が電気よりも優れていることを示しています。では、電気の利点は何でしょうか?ネットワーク化されました！

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宇宙から地球を見下ろすと、人類の文明の最も直感的な兆候は何でしょうか?これらは地球上に密集して広がる明るい光であり、これらの光の主力は都市です。

中国の夜間照明分布図

「第二次産業革命」に伴い、都市化と電化が同時に進みました。徐々に人々が都市に集まるようになると、各家庭に発電機を設置する必要がなくなり、代わりに共有の電力網が利用されるようになりました。さらに、給水、下水処理、交通、物流などの要素が同期することで、都市に集約と共有のネットワーク効果が生まれ、人々の生活水準、さらには平均寿命も大幅に向上しました。

1930 年代の夜のニューヨークの街の風景

光速で移動する電気は、エネルギーや情報の搬送手段として極めて効率的です。スピードは無敵。さらに、電流は水の流れに似ており、非常に汎用性があります。自動車から船舶、都市に至るまで、電気を使って構築されるネットワークシステムは、システムが大きく複雑になるほど、また実現すべき機能が多くなるほど、電気の利点はより顕著になります。

上海外灘の夜景

蒸気の時代に、人類は汎用コンピュータを作ろうとしましたが、失敗しました。電気の時代になって、ついに成功しました！これは、電気が確かに人類がこれまでに発見した最も有用なネットワーク ツールであることを証明しています。しかし一方で、人間が電気を好んで使う理由は、さまざまなシステムをネットワーク化する傾向が強いためだとも言えます。電気モーターと内燃機関、電気伝動装置と機械伝動装置などの技術的な詳細から見ると、後者はかつては単体競争で優位に立っていましたが、技術の向上に伴い、両者が同点に達すると、電気のネットワーク化の利点により、人々は電気エネルギーを使用する傾向があります。

LiDARを使用した電力線検査

要約すると、人々は「オンライン」になるために電気を使います。これはインターネット時代だけでなく、電気時代が到来したときにも当てはまります。唯一の違いは、当時はエネルギーの使用がネットワーク化されていたのに対し、現在は人々が情報をネットワーク化しており、現在は電気自動車の普及によりエネルギーの使用もさらにネットワーク化されていることです。

ということで、生活は「電気を使うこと」と「オンラインにすること」にあります～O(∩_∩)O～

英達メディア中国電力プレス株式会社デザイン・制作センター武迪