水力発電の仕組み（しくみ）

「発電」の仕組みは、基本的に単純なものが多いものです。「水力発電」の仕組みは「火力・風力・原子力発電」と共通の機械的な発電となっています。

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現在行われている「発電」技術というものは、大分すると2つの仕組みにより構成されています。ひとつが「機械的な発電方法」、もうひとつが「化学的発電方法」です。

自然エネルギーを活用した「発電」には多数種類があるものの発電の仕組みとしては、単純であり同じ仕組みで「電気を生み出している」ものが多いのはないでしょうか。

「水力発電」は機械的な発電方式によるものです。「発電機」を回すことによって電気を生み出すわけです。現在の自然エネルギーを活用した発電方法は、基本的に「何によって」発電機を回す（動かすか）という違いだけであって、「火力・原子力・太陽熱」による発電は、エネルギーによって作られた「蒸気」で発電機を動かすものであり、水力・風力発電では、水や風で直接風車や水車によって発電機を動かすという仕組みにより成り立っています。

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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。

「発電機」を何のエネルギーを利用して作動させるかの違いだけで、「火力」「原子力」「風力」「太陽熱発電」と同じ仕組みといえます。

「水の流れ」を利用して水力発電機の水車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。

ただ、近年になって「地産地消」の概念に基づいて簡単な発電システムによる小規模発電に対する期待が高まりつつある中、「農業水路」「河川」などの水の流れを活用する方式（小規模・マイクロ水力発電）の研究開発が推進されています。

◇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」ということになりそうです。

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」があります。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」は反動水車の一種となっています。　

代表的な水車形状について下記にて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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