火力発電のメリット・デメリットは？仕組みや特徴をわかりやすく解説

火力発電とは？電気がつくられる仕組み

火力発電とは、石炭や石油、天然ガスといった燃料を燃やすことで電気をつくる発電方法のことで、日本の発電量の中でも特に大きな割合を占める主力の電源です。まずは、その基本的な仕組みについて見ていきましょう。

燃料を燃やした「蒸気」でタービンを回す

火力発電の基本的な仕組みは、「ボイラー」と呼ばれる設備で燃料を燃やし、その熱で水を沸騰させて高温・高圧の蒸気をつくることから始まります。この蒸気を「タービン」と呼ばれる羽根車に勢いよく吹きつけることで回転させ、タービンとつながった発電機を動かすことで電気が生まれるのです。

タービンを回し終えた蒸気は、「復水器」という設備で冷やされて再び水に戻り、ボイラーへと送られて繰り返し利用されます。火力発電所の多くが海沿いに建設されているのは、この復水器で蒸気を冷やすために大量の海水を必要とするためです。

火力発電を支える4つの「発電方式」

火力発電には、大きく分けて4つの発電方式があります。

• 汽力発電：ボイラーでつくった蒸気でタービンを回す、主流の方式
• ガスタービン発電：燃料を燃やした高温の燃焼ガスで直接タービンを回す方式
• コンバインドサイクル発電：ガスタービン発電と汽力発電を組み合わせた方式
• 内燃発電：ディーゼルエンジンなどの内燃機関を利用する方式

汽力発電

ボイラーで燃料を燃やして蒸気をつくり、その蒸気でタービンを回す方式で、火力発電の中でも主流となっており、国内の多くの発電所で採用されています。

ガスタービン発電

燃料を燃やしたときに発生する高温の燃焼ガスで直接タービンを回す方式です。飛行機のジェットエンジンと同じ原理で動いており、比較的小さな設備でも大きな出力を得られます。

コンバインドサイクル発電

ガスタービン発電と汽力発電を組み合わせた方式です。ガスタービンを回したあとの高温の排ガスを利用してもう一度蒸気をつくりタービンを回すため、熱エネルギーを二度にわたって有効活用できます。発電効率が非常に高くCO2の排出も抑えられることから注目を集めています。

内燃発電

ディーゼルエンジンなどの内燃機関を利用して発電する方式です。大規模な設備を必要としないため、離島など小規模な電力需要に向いた発電方式として活用されています。

日本の発電量のうち火力発電が占める割合

火力発電は、日本の電気を支える中心的な存在です。資源エネルギー庁が2025年4月に公表したデータによると、2023年度の日本の電源構成のうち、火力発電（バイオマスを除く）は68.6％を占めています。燃料の種類別に見ると、LNG（液化天然ガス）を使った発電が32.9％、石炭が28.3％、石油等が7.4％です。このように、火力発電は複数の燃料を組み合わせて発電がおこなわれています。

太陽光や風力といった再生可能エネルギーは天候や時間帯によって発電量が変動する一方、火力発電は燃料を確保すれば天候に左右されずに発電できるという特性があります。再生可能エネルギーの導入は年々進んでいますが、2023年度時点では火力発電が電源構成の約7割を占めている状況です。

火力発電に用いられる燃料の種類ごとの特徴

火力発電では、何を燃料として燃やすかによって、環境への影響や発電コストが大きく異なります。ここでは、おもに使われている3つの燃料について、それぞれの特徴を見ていきましょう。

石炭

石炭は、現在も火力発電の主力燃料として活用されています。最大のメリットは、安定供給と経済性に優れている点です。

石炭は石油や天然ガスと比べて世界中に広く分布しており、特定の地域に偏ることなく産出されています。可採年数（採掘可能な年数）も120年以上と長く、ほかの化石燃料と比較して長期にわたり安定した供給が見込める燃料です。

一方で、石炭は石油やLNGと比べて、燃焼時に排出する二酸化炭素や大気汚染物質の量が最も多いというデメリットがあります。環境負荷の高さは、石炭が抱える大きな課題の1つです。

石油

石油は、常温で液体として存在するため、貯蔵や運搬がしやすいという特徴があります。また、タンクに貯めておくだけで長期間保管できることから、扱いやすい燃料といえるでしょう。

一方で、日本が輸入する原油の多くは中東地域に集中しており、その依存度は2024年時点で9割を超えています。そのため、中東情勢の変化によって国際的な原油価格が大きく変動しやすく、燃料価格が高騰するリスクを抱えている点が課題です。

発電コストもほかの燃料と比べて高くなりやすいことから、石油火力発電は主力としてではなく、電力需要が特に高まる時期の供給力として活用されることが多くなっています。

LNG

LNG（液化天然ガス）は、気体である天然ガスをマイナス162℃まで冷却して液体にした燃料です。液化することで体積が気体の状態の600分の1にまで小さくなるため、効率よくタンカーで大量輸送できるという特徴があります。

LNGの大きなメリットは、石炭や石油と比べて燃焼時に排出するCO2や大気汚染物質が少ない点です。火力発電の燃料の中では最もクリーンな燃料とされており、環境負荷を抑えながら発電できることから、近年その重要性が高まっています。

一方で、マイナス162℃という超低温の状態を保ちながら運搬・貯蔵する必要があるため、専用のタンカーや貯蔵設備に多額の投資が必要になる点が課題です。

火力発電のメリットと価値

火力発電には、電力の安定供給を支えるうえで欠かせない、さまざまなメリットがあります。

• 天候に左右されずに電気を届ける供給力
• 需要の変化に素早く対応する調整力
• 大規模停電を防ぐ慣性力
• エネルギーの変換効率が高い

それぞれの内容について、くわしく見ていきましょう。

天候に左右されずに電気を届ける供給力

太陽光発電や風力発電は、天候や時間帯によって発電量が大きく変動する電源です。最大需要期において確実に発電できる電力の割合（供給力）を見ると、太陽光は定格出力に対して5〜10％程度、風力は20〜30％程度にとどまるとされています。

これに対して火力発電は、燃料さえ確保できれば、天候に左右されずに発電量をコントロールできる電源です。最大需要期における供給力は90〜95％程度と非常に高く、真夏や真冬といった電気の需要が最も高まる時期にも、確実に電気を届けられる電源として重要な役割を果たしています。

需要の変化に素早く対応する調整力

電気は、同時同量の原則といい、供給量と消費量を常に一致させる必要があるエネルギーです。電力需要は、日中や夕方など時間帯によって大きく変動するため、それに合わせて発電量を細かく調整できる電源が欠かせません。

火力発電は、この需給バランスを調整する能力に優れている電源です。発電方式の中でもガスタービン発電は起動から5〜10分程度、コンバインドサイクル発電は30〜60分程度と比較的短時間で定格出力に到達できるため、太陽光発電の出力が急激に低下する夕方の時間帯や、急な需要増加にも柔軟に対応できます。

こうした特性から、火力発電は電力需給を安定させる調整力の主力として機能しています。

大規模停電を防ぐ慣性力

火力発電は、電力系統の安定性を保つうえでも重要な役割を担っています。火力発電所の巨大なタービンは、回転し続けようとする「慣性力」を持っており、この力がコマのように回転を維持しようとすることで、電力網全体の周波数や電圧を一定に保つ役割を果たす仕組みです。

落雷などのトラブルで発電所が突然停止した場合でも、この慣性力によって周波数の急激な変動が抑えられ、大規模な停電を防ぐことにつながっています。

一方、太陽光発電にはこのような物理的な回転力が存在しません。そのため、太陽光や風力といった再生可能エネルギーの導入が拡大すればするほど、電力網全体を支える火力発電の役割は、ますます重要なものになっていきます。

エネルギーの変換効率が高い

火力発電は、燃焼によって生まれた熱エネルギーを、できるだけ無駄なく電気に変える技術が進歩しています。中でも、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた「コンバインドサイクル発電」は、一度使った熱をさらに有効活用できることから、高い発電効率を実現しています。

こうした技術の進歩により、火力発電はほかの発電方法と比べても効率よく、大量の電気を安定的につくり出すことが可能です。限られた燃料からより多くの電気を生み出せることから、資源を有効活用するという観点でも大きな利点といえるでしょう。

火力発電のデメリットと直面している課題

多くのメリットがある一方で、火力発電にはいくつかの課題やデメリットも存在します。

• 大量の二酸化炭素（CO2）を排出し温暖化につながる
• 燃料の輸入依存による電気代高騰のリスク
• 稼働率の低下による休廃止と将来の電力不足リスク

それぞれの内容について見ていきましょう。

大量の二酸化炭素（CO2）を排出し温暖化につながる

火力発電の最大の課題は、化石燃料を燃やすことで、地球温暖化のおもな原因とされる温室効果ガスを大量に排出してしまう点です。発電方法によって排出量に差はあるものの、石炭・石油・LNGのいずれも、燃焼させる以上は一定量のCO2を排出することは避けられません。

太陽光発電や風力発電、原子力発電などはCO2をほとんど排出しないのに対し、火力発電は発電量に占める割合が大きいぶん、日本全体のCO2排出量に与える影響も大きくなります。

脱炭素社会の実現に向けて、火力発電のCO2排出量をいかに削減していくかは、日本全体で取り組むべき重要なテーマとなっています。

燃料の輸入依存による電気代高騰のリスク

日本は、火力発電に使用する石炭・石油・LNGのほとんどを海外からの輸入に頼っています。そのため、輸出国の政治情勢や為替の変動によって、燃料の調達価格が大きく変わってしまうというリスクを抱えている点が課題です。特に、円安が進んだ際や、産出国に近い地域で紛争が起こった際には、燃料価格が急激に高騰しやすい傾向にあります。

こうした燃料価格の変動は、毎月の電気料金にも直接影響します。電気料金には「燃料費調整額」という項目が設けられており、燃料の輸入価格が上昇すると、その分が電気代に上乗せされる仕組みです。私たちが日々支払う電気代は、こうした海外情勢の影響を間接的に受けています。

稼働率の低下による休廃止と将来の電力不足リスク

近年、太陽光発電の導入拡大に伴い、日中の電力需要の多くを太陽光が賄うようになり、火力発電所の出番が減少しています。

これにより、特に古い火力発電所では稼働率の低下による収益性の悪化が進んでおり、休止や廃止に至るケースが相次いでいるのが現状です。実際、2016年度から2023年度までの7年間で、火力発電の設備容量は合計で約1,600万kWも減少しました。

一方で、AIの普及やデータセンター、半導体工場の新増設などにより、今後は電力需要が増加していくと見込まれています。

電力需要が増える局面で、安定した電力供給を担う火力発電の設備容量がこのまま減り続けてしまうと、将来的に十分な供給力を確保できなくなり、大規模な停電につながる深刻なリスクも懸念されています。

日本の火力発電の現状と将来性

火力発電は今、脱炭素化と安定供給の両立という大きな課題に直面しています。2025年に策定された第7次エネルギー基本計画では、火力発電の位置づけや今後の方向性が示されました。ここでは政府が示す最新の方針をもとに、火力発電のこれからを見ていきましょう。

発電量は減らし、供給力は残す「量から質への転換」

再生可能エネルギーの導入拡大に伴い、国は火力発電がつくる電力量の割合を、今後段階的に減らしていく方針を示しています。2025年に策定された第7次エネルギー基本計画では、2040年度の電源構成として、再生可能エネルギーを4〜5割程度、原子力発電を2割程度、火力発電を3〜4割程度とする見通しが示されました。

しかし、火力発電を完全にゼロにするわけではありません。再生可能エネルギーの発電量が少ない悪天候時や、停電を防ぐための調整力・慣性力としては、依然として火力発電が必要不可欠だからです。

そこで政府が掲げているのが、発電量は減らしながらも、供給力や系統の安定機能は維持していくという「量から質への転換」という方針です。その移行の過程では、CO2排出量が多く非効率な石炭火力を中心に段階的に発電量を減らし、比較的クリーンなLNG火力を移行期の主力として活用していく流れが描かれています。

水素・アンモニアやCCUSなど「火力の脱炭素化」技術

電力システムを支える存在として火力発電を将来も活用し続けるために、火力発電そのものをクリーンにする技術開発も進められています。

その代表例が、燃やしてもCO2を排出しない水素やアンモニアを、既存の石炭やLNGに混ぜて燃やす「混焼」という技術です。火力発電所の設備を大きく変えることなく、段階的にCO2排出量を削減できる方法として期待を集めています。

また、発電の過程でどうしても発生してしまったCO2を回収し、地中深くに貯留したり、別の用途で再利用したりする「CCUS」と呼ばれる技術の確立も進行中です。こうした火力発電自体の脱炭素化に向けた取り組みは、今後の火力発電の将来性を左右する重要な技術として、研究開発が続けられています。

火力発電の仕組みやメリット・デメリットを正しく理解しましょう！

本記事では、火力発電の基本的な仕組みから、石炭・石油・LNGといった燃料ごとの特徴、供給力や調整力をはじめとするメリット、CO2排出や燃料価格高騰といったデメリット、そして今後の見通しまで幅広く解説しました。

火力発電は、日本の発電量の約7割を占める主力電源であり、天候に左右されない安定した供給力や、電力網を支える調整力・慣性力など、私たちの暮らしに欠かせない役割を担っています。

火力発電の特性を正しく理解することは、毎月の電気料金や、これからのエネルギーの選び方を考えるうえでも役立つでしょう。この記事で紹介した内容を、日々の生活とエネルギーのつながりを考えるきっかけにしてみてくださいね。