最も古くから”動力”として活用されてきた「水力」。

”水力”は、人の文明の中で最も古くから活用されている”動力”です。 「水の流れで水車を回して、粉引き用の臼を回す」仕組みから始まり、”水車”を利用して 発電機を回す「水力発電」へと推移しています。

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”水力発電”はとてもシンプルな機械的発電方式。”水車”による軸の回転力がそのまま”発電機”を回す 力へと移行されます。それゆえに、他の再生可能エネルギー(太陽光発電、風力発電)と比較したときに 、最も単位出力あたりのコスト安い発電方式となると共に、安定性の高いシステムとなっています。

現代においても、国・地域によっては”水力発電”が主力となっており、大規模電力を安定的に創出する 仕組みとして、今尚重要な位置付けとなっています。


”水力発電の仕組み”に関する情報!!

水力発電の仕組み

基本的な発電の仕組みとしては、「発電機のタービンを水車によって回す」ことにより発電を する「機械的な発電方式」です。 ”水力”と表現されていますが、本質的なエネルギーとしては、「位置エネルギー」を利用した 発電方式となります。”位置エネルギー”というのは、簡単に言えば「高低差」のこと。”高低差” が存在していると、”水の流れ”が創出され、位置エネルギーが”水流の力(水力)”に置換される のです。

そんな”水の流れ”を利用して水車(水力発電機)を回すことになるため、「水の流れ」をいかにして 生み出すかということが水力発電を活用するための条件となります。最も古くから行われているの が「ダム」を利用して、水を落下させることにより「早い水の流れを生み出す」という落下方式です。

ただ、近年になって「地産地消」の概念に基づいて、もっと手軽に活用できる小規模発電への 期待が高まってきています。「農業水路」「河川」などの水の流れを活用する方法・仕組み(小規模・マイクロ水力発電) の研究開発が期待されています。

◇現在主流となっている水力発電システム「水車:カプラン水車」のイメージ

カプラン水車


”水力発電”の技術的ポイント

  ”水の流れ”をいかに効率的に、発電につなげていくかという目的から考えると、水力発電 における技術的なポイントとしては、「水車形状の開発」ということになります。

現在大規模な水力発電システムに用いられている水車としては「カプラン水車」が代表的な水車と なっています。 ”水車の種類”を分類していくと大きくは、「衝動水車」と「反動水車」の2種類に分類することが できます。ちなみに「カプラン水車」は反動水車の一種です。ここでは  代表的な水車形状についてご紹介したいと思います。 

1)衝動水車<

◇ペルトン水車 

・水をノズルから噴出させ、その勢いでバケットを回転させる水車です。ノズルから噴出する 水の量を調節することにより、出力を簡単に調整できます。200m以上の高落差に適しています。 

◇クロスフロー水車 

◇ターゴインパルス水車 

2)反動水車

◇フランシス水車 

・水を取り込むケーシングの中に羽根車(ランナー)を設置し、そこを流れる水の圧力により 回転させる水車です。最も一般的な水車で、数10m〜数100mの落差に広く使われています。 

◇カプラン水車 

・フランシス水車と同じタイプですが、水の圧力変化に合わせて羽根を動かすことが可能で、 効率的な発電が出来ます。5m〜80m程度の落差に適しています。 

◇デリア水車 

◇チューブラ水車 

◇バルブ水車 

・ジェットエンジンと同じような形状で、水の流れが直線的な中に同じ方向を軸とした水車 がある仕組みです。カプラン水車と同様に水圧変化に合わせて羽根を可変させることができる 構造となっています。 

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