株式会社RecoD(れこど)

052-759-5222(全国対応)

株式会社れこどが運営する、エネルギーに関する日本最大級のブログメディア-エネルギープレス

水力発電はどのような基本原理?


31d15b2a1c3313dc2b8327d07e7839cd_m[1] (600x450)

近年、持続可能なエネルギーとして太陽光をはじめとした再生可能エネルギーが大きく期待されています。

 

自然の豊かな日本は自然のエネルギーを利用する機会に恵まれており、また、国の政策的な後押しもあることから、今後の日本は再生可能エネルギーを積極的に活用したエネルギー社会に進むことと思われます。

 

また、原子力に代わる安心して利用出来る発電方法を模索していかなくてはならない私たちとしては、再生可能エネルギーには期待せざるをえません。

 

今回の記事では、再生可能エネルギーの中でも太陽光や風力等と同様に大きく期待が持たれている水力発電について、その基本原理をご紹介したいと思います。

 

 

水力発電の基本原理

水力発電の基本原理はとてもシンプルで、水が高いところから低いところへ落ちる際の流水のエネルギー(水力)を、電気エネルギーに変換するものになります。

 

具体的には、水の流れで水車を回し、水車と直結した発電機により電気が生み出されるという仕組みです。水車という回転エネルギーを活用することは古来より行われてきた方法で、世界で最初の水力発電は1878年にイギリスのアームストロングが自宅にて部屋の照明をつけるために行われたとされています。長い歴史によって技術的にも確立された安定のエネルギー源と言えます。

 

水力発電の設備には、川の流れをそのまま活用するものから、調整池に一時的に貯めもの等様々なタイプがあります。具体的に見ていくと、

  • 流れ込み式(自流式):流れている水を貯めたりすることなく、流れているまま発電に利用する方法。
  • 調整池式:河川の流れをせき止めて小さなダムの状態を作り、日中・夜間や平日・休日などの時と場合に合わせて小規模の発電量の調整を行うことができる発電方法。
  • 貯水池式:調整池式の規模が大きくなったもの。春と秋の電気料が比較的少ない時期に河川より水を貯めこみ、主に夏と冬の電気消費量の多い時期の発電に当てる方法。
  • 揚水式:発電所より高い位置と低い位置にダムを造り、発電が必要な時に上部ダムから下部ダムへ水を流し発電する方法。電気消費量の少ない時間に再び上部ダムへ水を汲み上げ、再び発電に備える。

 

特にダムのような貯める方式の調整池式や貯水池式の場合は水流を自由に調整できることから発電量をコントロールすることが可能になります。また、発電開始までの時間も短いという特徴もあります。そのため、電力需要が高まった時でも柔軟かつ迅速に対応することができ、水力発電は実用性の高い発電方式と言えるでしょう

 

 

水力発電の発電量や発電効率

水力発電で得られる電力は、水が流れ落ちる高さ、流水量、発電機の種類によって異なります。

 

一般に、水流の落差や水流量が大きいほどエネルギーが多く得られます。発電機の種類は100〜1,200回転/分のものがあり、回転数によって発電量が変わってきます。

 

具体的には、2012年時点で、日本国内に設置されている水力発電設備(揚水式以外)は、2,076万kWと言われています。もちろん、すべての設備が常時発電するわけではありませんが、設備利用率約40%を加味しても、2012年時点の水力発電の発電量は約755億kWhとなります。

 

これは、一般家庭の2,000万世帯を超える電力消費量に該当し、水力発電は電力の供給源として頼もしいものと言えます。

 

(発電量等データの参考値:SBエナジー株式会社運営サイト「みるみるわかるEnergy 」より)

 

また、水力発電は原理がシンプルであるため発電効率に優れます。水の流れという運動エネルギーがそのまま発電機に伝わりことから、電気エネルギーが発生するまでにエネルギーロスが少ないからです。

 

水力発電の発電効率は、具体的には80%から90%ほどと言われており、現在の太陽光発電の発電効率が15%前後、火力発電の発電効率が40〜50%ほどであることを考えれば、水力発電は極めて優れた効率性であると言えます。

 

 

まとめ

いかがでしたでしょうか?

 

水力発電の基本原理はとてもシンプルで、たとえば自転車のペダルを回すことで電灯が点くことと同様に、水流による水車の回転で電気エネルギーが生まれることになります。

 

自然の川の水流を活用することができますし、また、人工的に貯めることで水流量を調整し、変化しやすい電力需要に柔軟に対応することができます

 

このように、水力発電はシンプルな原理であるため、活用しやすい再生可能エネルギーと言えるでしょう。

 

なお、雨量によって発電量が変動することも考えられますが、他のタイプのエネルギー源と組み合わせることで、様々な天候に対応した安定した電力供給が実現できることと思われます。

 

(参考)
・中部電力株式会社公式ウェブサイト | 水力発電の基本原理
http://www.chuden.co.jp
・電気事業連合会公式ウェブサイト | 電気事業について | 発電のしくみ > 水力発電
http://www.fepc.or.jp
・SBエナジー株式会社運営サイト「みるみるわかるEnergy | STUDY | 水力発電のしくみ」
http://www.sbenergy.jp

 

2017/01/15