徹底解説①停電はなぜ起きる

■東日本大震災での停電

東日本大震災では、東北電力で最大 466 万戸、東京電力で 405 万戸の停電が発生した。この数は、東北管内の需要戸数に対して７割、東京電力管内で約２割に相当する。

東京電力管内は、３月 12 日午後３時時点までに 340 万戸が復旧し、３月 18 日時点で地震による停電はすべて解消した（計画停電は含まず）。東北電力管内も３日で約 80％、８日で約 94％の停電を解消。ただ、津波の被害が大きかった沿岸で復旧作業が難航したため、復旧可能な地域で停電がすべて解消したのは６月 18 日のことだった。しかし、これほど広域な停電が発生したのはなぜだろうか。

今回の地震により直接、電力設備が大きな被害を受けたのは海岸沿いだ。それにも関わらず東北では秋田、山形などほとんど地震被害がなかった場所でも停電している。東京電力でも群馬、埼玉、山梨、静岡など地震の直接被害があまりなかった地域で停電が発生している。停電エリアの推移をみるとその様子はよくわかる。最初広範囲だった停電は日を追うごとに、直接的な被害があった場所に絞られていく。

■停電の仕組み
電気は、発電所でつくられ、送電線や変電所を経て、各事業所や家庭に届けられている（下図）。この途中のどこかで事故や設備のトラブルが起きれば停電が発生することになる。どこで不具合が起きるかによって停電の規模や範囲は異なってくる。事業所や家庭に近い末端の送電線や変電所でトラブルが起きれば、そこに直接つながっている川下のエリアだけが停電するし、発電所よりの上流でおきれば、広範囲で被害が発生することになる。まだ記憶に新しい 2006 年８月 14 日に起きた首都圏の大停電は、江戸川を横断する高圧送電線にクレーン船が接触したことが原因だったが、損傷した送電線は 27 万 5000 ボルト、つまり発電所と高圧変電所を結ぶ大動脈だったため、広い範囲で停電が起きたというわけだ。ちなみに、昨年行われた計画停電は一次変電所ごとの単位で行われた。

実際に停電を引き起こす要因としては、こうした事故や、地震、台風、豪雪、雷などの自然災害、あるいは設備の老朽化に伴う故障なども地震の要因になる。北欧やカナダでは、太陽光フレアによる磁気嵐で停電が発生した事例も報告されている。

東京電力によれば、雷などの場合は、いきなり高い電圧が系統に入ってくることで損傷するというケースもあるが、変電所などに高圧な電流が流れ込まないように設備側の安全装置が自動的に電気を切断して停電を起こすこともあるという。ただし、電力会社では、こうした事故やトラブルに備え、送電線や配電線を多重化しているため、１本の送電線が切れても、別のルートですぐに電気を届けられるような仕組みになっているという。ほとんどのケースは自動的に電気が流れるルートが切り替わるため、短ければ１秒未満、長くても大抵の場合、１分程度で復旧される。

今回の震災では、原子力発電施設だけでなく、火力発電所や変電所など川上側で数多くの被害が出て、迂回ルートだけでは即座に対応できなかったというのが広域な停電が起きた１つの理由だ。

■事故やトラブルがなくても停電する
しかし、停電を引き起こすのは災害や事故だけとは限らない。東京電機大学の加藤政一教授は「停電というのは、電気設備が壊れたときに起きるというイメージが強いかもしれませんが、東日本大震災以前に日本で起きた最大の停電は、1987 年の夏に起きた東京電力の電圧崩壊と呼ばれるもので、このときは、災害や設備故障があったわけではありませんと語る。

東京電力の電力崩壊は、1987 年７月 23 日の午後１時過ぎ、東京都などの 6 都県の 280 万戸で電力供給が停止し、最大３時間を超える大規模停電となった停電事故。原因は、猛暑によりエアコンなどの電力需要が大きく伸びて、その結果、送電線を流れる電流が大幅に増加し、送電の保護システムが次々と作動したことによるもの。

技術的な話になるが、交流電気には、有効電力というものと無効電力というものの２つがある。有効電力というのは家電などを使う時に消費をしている直接的な電力で、無効電力というのは、電力を送りだすための潤滑油的な機能を持つ電力で電源と負荷を行ったり来たりし実際には消費されない電力。加藤教授によると、通常は発電量と消費される有効電力のバランスが取れていることで安定的な電力が供給されているが、有効電力の負荷（需要）が発電量より大きくなると、周波数が下がるという現象が起こる。その結果、発電機の回転数が落ち、そのままの状態にしておけば、発電所の中のタービンが共振現象を起こして壊れる可能性もあるため、発電所側の自己防衛システムにより自動的に停電する仕組みになっている。今回の東日本大震災は、発電所が止まったことで、負荷が発電量を大幅に上回る事態が起き、周波数が瞬間的に大きく落ち込んだ。その結果、自動制御装置が働き、意図的に停電を引き起こさせたのだと説く。一方、1987 年の大停電は、有効電力の増加に伴い無効電力が増えた。加藤教授は「無効電力が増減すると、電圧が高くなったり、低くなったりします。電圧が下がると、今の家電製品は、搭載されているインバーター（直流を交流に変換する装置で周波数を変えてモーターの回転数を変化させる）が、使う電力を一定に保とうとして、電流を増やそうとします。結果、各家庭のエアコンが、電流を増やそうとしたことで、送電線を流れる電流が増え、系統側がどこかで事故が起きたと誤認識し、保護システムが次々と働き、大停電を引き起こしたのです」と説明する。
要は、東日本大震災でも 1987 年の電圧崩壊でも、大停電を引き起こした本当の要因は、事故というより、この電力のバランスが崩れたことに起因するものが大きいということだ。

電力の需給バランスに危機
今夏の最大のリスク

実は、この電力のバランスが、今まで以上にひっ迫した状態になっている。福島第一原発の事故を機に、国内すべての原子力発電施設が停止している状態で、今夏の電力消費量に対して、十分な電力の供給量が確保できるかに電力各社は頭を抱えている。問題は、このバランスが大きく崩れた場合だ。

加藤教授によると、仮に、電力会社が、夏の電力使用のピークを 5000 万キロワットになると予想したとすると、普通は、５∼６％ぐらいの余裕を見て 5300 万キロワットまで発電できるような運転をする。そうすると、多少の電力の需要が伸びても、あるいは何らかのトラブルで電源が 100 万キロワットぐらい止まったとしても、ゆとりを持ってバランスを取ることができる。ところが、現段階では、原発が動いていないことで、すでに発電側がフル稼働状態にあるため、ゆとりの幅が少なくなっているとする。

ただし、多少、需要が上回った程度では、停電が起きるような事態にはならないようだ。例えば 5000 万キロワットの電力需要量に対して、発電量が 4900 万キロワットに減ったとしても、周波数は 0.2 ヘルツ下がるだけで直ちに大きなトラブルが発生するとは考えにくいと加藤教授は語る。

問題は、このような状態で、発電所の近くの送電線に雷が落ちるなどして、それにより発電所が止まるなど何百万キロワットというような電力が止まった場合。加藤教授は「有効電力、無効電力のアンバランスから、周波数の低下、電圧の低下により、送電所や変電所に取り付けられている保護装置が次々と動作し、大停電が起きる可能性は否定できない」とする。

もう１点、加藤教授は、今の火力発電所がフル稼働していることも懸念する。「石油火力発電所というのは、オイルショック以降、世界的に新設されていないため全体的に老朽化しています。しかも、近年は燃料費が高いこともあって、昼間の何時間だけ稼働させて夜は止めるという運転をしてきました。それが、原発が停止してからは、どこもフル稼働状態ですから、いつトラブルが起きても不思議ではありません」（加藤教授）。それがもし、真夏の暑い時に起こったら…。

ただし、加藤教授は、「東京電力で、管内すべてが停電するような事態は考えにくい」と指摘する。発電所が複数の離れた場所に存在し、そこから網の目状のネットワークが組まれている日本の電力供給体制（図）においては、すべてが壊滅的な被害を受けない限り、全停電のリスクは極めて低い。さらに、複数の電力会社にまたがるような停電になるようなことは、国内の電力ネットワークの仕組み上、99.9％考えられないとする。「電力会社間をつなぐ送電線はいつでも切り離せられるので、基本的に連鎖して停電の範囲が広がっていくということはありません」（同）。それでも、電力会社では万が一、管内すべてが停電した事態に備え訓練は実施していると加藤教授は語る。

火力発電所は一旦止まると、自分だけで立ち上がることができない。ポンプを動かしたり、コンピューターを立ち上げるなど、発電の前提として電気が必要になるからだ。そのため、仮に東京電力が全部停電した場合は、小さな水力発電所から発電をして、その電気を使って水力発電を立ち上げ、そこから送電線を充電しつつ、周辺の負荷（需要）に電気を送りながら電圧を安定させ少しずつ稼働率を上げていくというような手順が決まっているのだという。

同時に、（原発が動いていれば）柏崎の原発の非常用の冷却のために電気を送り、それから東京側、横浜側に電気を送りながら、同時に近くにある水力、火力発電所を立ち上げていく。電気が都心まで来たら、今後は都心周辺の火力発電所に電気を送って発電所を再開させる。そこからまた、負荷を少しずつ増やして電圧を安定させながら復旧していく…。

ここまでの大停電が起きた場合は、一昼夜の作業では復旧しそうにない。

■まずは数時間の停電対策から
それでは、企業・個人は具体的にどの程度の停電に備えればいいのか。

地震災害を除いては、1987 年の電圧崩壊にしても、2006 年の東京大停電にしてもせいぜい数時間ですべての停電が復旧している。まずは、数時間という時間に備えることがポイントになりそうだ。地震対策については、東京都が４月に発表した新たな首都直下地震での被害想定によると、最大都内で 17.6％が停電するとしている。復旧日数については「阪神淡路大震災以降に発生した地震災害時には、いずれの地震時にも停電被害の復旧に概ね１週間程度を要している」と、明確な復旧時間までは示していない。ただ、今回の東日本大震災でも東京電力館内は１日で約 84％、東北電力館内では３日で約 80％が復旧していることを考えれば、数日の停電に備えられる体制を目指すのが現実的と言える。仮に、それ以上の長期化を想定する必要があるなら、場所を変えて事業継続をする、あるいは日常的にガスコージェネレーションによる自家発電などに切り替えるなど、電力に依存しない対策についても検討を加えた方がいいかもしれない。

電気の購入先を PPS（特定規模電気事業者）に切り替える動きもあるが、これは電力会社と同じ送電線を使っている以上、停電対策にはならないことにも注意が必要だ。

■１秒以下の瞬停に注意
加藤教授は、もう１つの視点として、瞬時電圧低下（以下、瞬停）への対策の重要性を説く。雷などの発生時に起きるもので、何十分の１秒という短期間に、電圧が一気に下がる現象をいう。加藤教授は「停電というと何時間も止まるイメージがありますが、精密工場などで今、一番怖いのは瞬停です。データセンターは、すでに UPS（無停電電源装置）を入れるなどの対策をしているところがほとんどですが、工場では、十分な対策が取られていないところも多いと思います」と語る。過去の事例では、2010 年 12 月 8 日に、四日市火力発電所内にある変電所で送電線のショートが発生。これにより、愛知県西部や三重県北部など一帯で電圧低下が生じ、東芝四日市工場で一部の生産ラインが停止し、100 億円程度の被害が出たことが報告されている。半導体工場などは扱っている製品が高価な上、いったん工場が止まると再稼働まで、かなりの時間を要するため、被害が大きくなる。

工場にしてみれば、すべての機器に UPS を設置するのは費用がかかりすぎる事情もあり、雷が発生しそうになると自家発電装置に切り替えて運転している企業もあるようだが、理想的には、「まず自社のプラントで一番影響が大きいと思われる重要な機器・設備をしっかり洗い出し、安全に停止できるだけの時間と電力を計算し、UPS、自家発電装置などの設置を考えていくことが望ましい」（加藤教授）とする。

このほかの加藤教授は、停電の対策として、自家発電装置などを入れた場合、起動に電力が必要になることが多いため、その起動用の電力をしっかり確保しておくことや、自家発電装置からどの配線につなぎ、どのように電気を供給させるかを明確化することなどを挙げる。