4週目

エネルギー変換工学 第4週目

水力発電方式

1. 水路式発電
• 自然の河川の勾配を利用する方式。
• 上水槽と河川の下流との落差を利用する。
• ダムを用いないため、年間の発電量が少なくなる。
• 沈砂池や長い水路が必要だが、建設費や施設費が安い。
2. ダム式発電
• 河川を横切ってダムを築き、貯水した水の落差で発電する方式。
• 大容量発電が可能で、農業用水や飲料水など多目的に利用できる。
• 建設費用や工期が多くかかる。
3. ダム水路式発電
• ダムで落差を作り、取水した水を圧力水路で発電所に導き、さらに落差を加えて発電する方式。
• 高い落差と大容量発電が可能。
• 建設費や施工期間が長い。
4. 揚水式発電
• 夜間の余剰電力で上池に水を汲み上げ、必要な時に発電する方式。
• エネルギー貯蔵が可能で、ピーク時に活用される。
• 上部貯水池に河川からの流入がない純揚水式と、流入がある混合揚水式がある。

ダムの構造

• コンクリート重力ダム
• アーチダム
• ロックフィルダム

水車の分類

1. 衝動水車
• ノズルによって水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換。
• 代表例：ペルトン水車（高落差、小水量の場合に適する）
2. 反動水車
• 高い落差を持つ水圧管の下端で水の位置エネルギーを圧力エネルギーに変換。
• 代表例：フランシス水車（中落差、流量が多い場合に適する）
• 代表例：プロペラ水車（カプラン水車、低落差、流量が大きい場合に適する）

その他の概念

• 比速度: ある水車と幾何学的に相似なランナを仮定し、単位落差で単位出力を発生する時の回転速度。
• キャビテーション: 水車内で局所的に圧力が低下し、水が蒸発して気泡が発生し、これが潰れる際に水車に衝撃を与える現象。
• 揚水発電所のポンプ: 水車と発電機に加え、揚水用ポンプと電動機が必要。別置式、タンデム式、ポンプ水車式がある。

水車発電機の種類と特性

• 三相交流発電機: ほとんどの発電所で使用される。構造が堅牢で、軸に直結された励磁機により励磁。
• 誘導発電機: 誘導電動機の回転子を同期速度以上に回転させて発電。構造が簡単で強く、コストが低い。小規模発電所に適している。

参考動画

• 水力発電の仕組み（YouTubeリンク）
• 水力発電の歴史（YouTubeリンク）

この週では、水力発電の様々な方式とそれぞれの特徴、水車の構造と分類、揚水発電の仕組み、発電機の種類と特性について学びます。