energy

概ね factor 2 程度の誤差がありうる見積もりであることに注意。

消費電力

（金額は目安。家庭用の典型的な契約プラン(20円/kWh)で計算→overestimate気味）

• 新幹線N700系
  • 17,000 kW（最大）→ 34万円/h
  • 一人当たり（定員1323人）
    • 17,000kW / 1323人 ~= 約 13 kW/人
    • → 約260円/h・人
    • → 東京-大阪 2.5h → 一人 650 円
• TSUBAME
  • 1200 kW → 24000円/h → 2.1億円/年
  • 1ノード当り 1200*(16/10480) = 1.8 Wh
• 携帯電話ＡＣアダプタ待機電力
  • 0.5 W = 4.4kWh/年 → 約90円/年（よく言われている値）
  • 10 mW = 90 Wh/年 → 約 2円/年（sony 2001年）
• 携帯電話充電（充電池容量680mAh, 充電電圧5.6V）
  • 0.68Ah * 5.6V = 3.8 Wh = 0.076円/1回
• 冷蔵庫消費電力
  • 約200kWh/年(最新400リットルクラス) → 4000円/年
    • 200kWh / (365*24h) = 23W
• 日本の電力消費量
  • 1兆kWh/年
  • 1e+12[kWh] / 1.2e+8[人] / (365*24[h]) = 約 1 [kW/人]

発電

• 原子力発電所
  • 〜100万kW/1基
  • 100万kW * (20円/kWh) = 2000万円/h
• 風力発電
  • 1000~2000kW/１基
• 一般
  • 送配電損失率約4.5％、総合損失率約8％
  • 火力発電熱効率：最新型で約50％
  • 送配電損失とあわせて、約40％程度か。

参考

• 太陽定数
  • 1.387[kW/m2]
    • ~= 日本人一人当たりの電力消費量
  • 全球で
    • pi * (6378[km])^2 (=1.28e+14 [m2]) * 1.378[kW/m2] = 1.76e+14 kW/地球
    • 1.76e+14kW / 6e+9人 = 29000kW/地球上の1人
• 地殻熱流量
  • Pollack et al. 1993)
    • 全球平均 87[mW/m2]
    • 大陸平均 65[mW/m2]
    • 海洋平均 101[mW/m2]
  • 環境省 再生可能エネルギー導入ポテンシャル調査報告書（平成22年）
    • 熱水資源開発の賦存量 3,314万[kW] → 86[μW/m2]
    • 導入ポテンシャル 1,419万[kW]
      • 1.419e+7[kW] / 1.23e+8[kW] = 12%

燃料消費量がよくわからないので、ネットで調べた中で何種類かの情報源を元に計算。

• B-747 時間当たり約4000ガロン＝約15000[l/h]（長距離時）
  • 燃費
    • 定員400人、時速900km/h とすると、
    • 15000[l/h] / 400[人] / 900[km] = 0.042 [l/h km 人]
    • 燃費 900[km/h] / 15000[l/h] = 0.06[km/l]
    • 燃費*人 0.06[km/l] * 400人 = 24 [km人/l]
      • ← 乗用車より悪い。
  • エネルギー消費率
    • 15000l/h * 750g/l * 10.4kcal/g = 1.2e+8kcal/h
• (別の計算) 燃費約50m/l
  • 燃費
    • 50m/l * 400人 = 20 [km人/l]
  • その他の量
    • (900km/h) / (0.05km/l) = 18000 l/h
    • (18000l/h) / (400人) = 45 l/h人
    • (45l/h人) * (0.75kg/l) * (44/14) = 106 kg/h人
• cf. 燃費のいい車(20km/l)に 4 人で移動した場合：東京大阪を500kmとすると、
  • 燃費
    • 20km/l * 4人 = 80 [km人/l]
  • 500km / 20km/l / 5人 = 5l/人

反応エネルギー

• ガソリン1g
  • → 10.4kcal（ガソリン1gで10リットルの水を1度上げられる）
  • = 4.4e+4J = 12Wh
• ガソリン1リットル
  • → 10.4kcal/g * 750g/l = 7800kcal/l = 9.1kWh/l（燃焼効率100%）
  • → 750g → 750g * (12/14)*(44/12) = 約2.4kg のCO2
  • → 9.1kWh * (20円/kWh) = 180円(電気代換算)
• 車などで使う場合、変換効率を0.25とすると、
  • ガソリン1リットル → 9.1kWh * 0.25 = 2.3kWh
• TNT
  • 燃焼熱1800J/g = 429 cal/g (cf. 44000J/g ガソリン)
    • エネルギー密度としては大したことない。
    • （注：wikipedia日本語版によると、燃焼熱は 4184J/g）
• プロパン
  • 真発熱量：21,800 kcal/Nm3 (91MJ/Nm3)
  • 比重 1.99 kg/m3
• 灯油
  • 8767 kcal/l (36.7MJ/l)
  • 比重 0.82 kg/l
• 都市ガス (13A)
  • 46.04655 MJ/Nm3

エネルギー密度

• → 桁で違う。ガソリンのエネルギー変換効率が2割程度としても、まだ数倍違う。

単位変換

末端料金

• プロパン(沸点-42.09℃)
  • 21,800 kcal/Nm3 (91MJ/Nm3)
  • 比重 1.99 kg/m3
  • 小売単価 〜650 円/m3
    • (91MJ/Nm3) / (650円/m3) 〜 140kJ/円 (33kcal/円)
      • 1l, 0℃ の水を 100℃にするにため(100kcal)は、約3円/f
      • お風呂(200l, 5℃)の水を 45℃にするため(8000kcal)は、約240円/f
• 灯油 (ケロシン, 炭素数12-15)
  • 8767 kcal/l (36.7MJ/l)
  • 比重 0.82 kg/l
  • 小売単価 69円/l
    • (36.7MJ/l) / (69円/l) = 531kJ/円 (127kcal/円)
• 都市ガス
  • 46.04655 MJ/Nm3 (13A)
  • 小売単価（北ガス） 195.88 円/m3
    • (46.0MJ/Nm3) / (195.88円/m3) = 235 kJ/円 (56kcal/円)
• カセットガス (ブタン,沸点-0.5℃)
  • 42.8 kJ/g
  • 小売単価（イワタニ参考価格） 1100円/3本 = 1467 円/kg
    • (42.8kJ/g) / (1.467円/g) = 29 kJ/円 (7kcal/円)
• 電気（通常）
  • 約 20 円/kWh
    • (0.05kWh/円)*(3.6MJ/kWh) = 180kJ/円 (43kcal/円)
• 電気（夜間）
  • 約 8.4 円/kWh
    • (0.12kWh/円)*(3.6MJ/kWh) = 432kJ/円 (103kcal/円)

まとめ

※電気は相対的にエネルギー変換効率が良い点に注意

運動エネルギーと電気料金

• 人一人を60km/h(17m/s) まで加速するのに必要なエネルギー

(1/2) m v^2
 =(1/2) * 60kg * (17m/s)**2
 = 8.3e+3 J
 = 2.3 Wh → 0.046円

（30sで加速が完了したとすると、2.3Wh / (30/3600)h = 280W）

• 300km/h (83m/s）まで加速するのに必要なエネルギー

(1/2) m v^2
 = (1/2) * 60kg * (83m/s)**2
 = 2.1e+5 J
 = 57 Wh → 1.2円

• 人一人を10000m上空まで持ち上げるのに必要なエネルギー

mgh
 = 60kg * 9.8 m/s2 * 10000m
 = 5.8e+6 J
 = 1.6 kWh
 = 32円

• 車1台を60km/h まで加速するのに必要なエネルギー

(1/2) m v^2
 = (1/2) * 1000kg * (17m/s)^2
 = 1.4e+5 J
 = 39 Wh
 = 0.77 円

電力−CO2換算

0.407 kg-CO2/kWh (2002年度実績、電気事業連合会2003) なので、

日本人平均電力消費量 1kW
 → 日本人一人当たり 400g/h（電力のみ）

何もしなくても1時間に 400g の CO2 を排出していることになる。

• cf. 時速100km/hで1時間車で走ると
  • (100km/h) / (15km/l) * (0.75kg/l) * (44/14) = 15 kg-CO2/h
  • 4人で乗ったら 約 4kg-CO2/h人
• cf. 飛行機：100 kg-CO2/h人 => 電力による平均CO2発生率の250倍
  • 東京−ヨーロッパ往復 => 100kg-CO2/h人 * 24h = 2.4t-CO2/人・欧州1往復
    • 2.4e+6[g-CO2/人] / (400*365*24[g-CO2/年人]) ~= 電力消費換算0.7年分のCO2/1往復 )

人間が呼吸により排出する CO2

• 1kg / day
  • cf. 電力使用（日本）による排出量：9.6kg/day (= 0.4kg/h * 24 )
    • 人間の10倍