水力発電所 | 水力発電所の建設 作業 および 歴史

水力発電所では、高い位置から低い位置へと落下する水の重力によって生じる運動エネルギーがタービンを回転させ、電力を生成します。上流の水位に蓄えられた位置エネルギーは、水が下流の水位に落下する際に運動エネルギーとして解放されます。このタービンは、落ちてくる水流がタービンの羽根に当たることで回転します。水の高低差を達成するために、水力発電所は一般的に山岳地帯に建設されます。川の流れの途中に人工的なダムを建設し、必要な水頭を作り出します。このダムから制御された方法で下流に向かって水流をタービンの羽根に向けて落下させます。その結果、水流の力がタービンの羽根に作用してタービンが回転し、タービン軸が発電機軸と結合しているため、発電機も回転します。
水力発電所の主な利点は、燃料を必要としないことです。必要なのはダムの建設後に自然に得られる水頭のみです。

燃料がないということは、燃料費がかからない、燃焼がない、煙突ガスの発生がない、大気汚染がないということです。燃料の燃焼がないため、水力発電所自体は非常に清潔です。さらに、大気汚染も発生しません。また、構造的に見ても、熱発電所や原子力発電所よりも単純です。
水力発電所の建設コストは、大きなダムを建設するため、他の従来の熱発電所よりも高くなることがあります。エンジニアリングコストも建設コストに加えて高くつくことがあります。また、負荷中心に応じてどこでも建設できないという欠点もあります。
そのため、発電された電力を負荷中心まで送るためには長い送電線が必要になります。
したがって、送電コストはかなり高くなる可能性があります。

それでも、ダムに貯められた水は灌漑や他の類似の目的にも利用できます。時には、このようなダムを川の流れに設置することで、川の下流での偶発的な洪水を大幅に制御することができます。

水力発電所を建設するためには、基本的には6つの主要な構成要素が必要です。これらは、ダム、圧力トンネル、サージタンク、バルブハウス、ペンストック、そして発電所です。

ダムは、川の流れを横切って建設される人工的なコンクリート製の障壁です。ダムの背後の集水面は大きな貯水池を作ります。
圧力トンネルは、ダムからバルブハウスまで水を導きます。
バルブハウスには2種類のバルブがあります。一つはメインスルーシングバルブ、もう一つは自動遮断バルブです。スルーシングバルブは下流への水流を制御し、自動遮断バルブは電力負荷が突然発電所から切り離されたときに水流を停止します。自動遮断バルブは保護バルブであり、水流の直接的な制御には関与せず、緊急時にシステムを破裂から保護する役割を持ちます。

ペンストックは、バルブハウスと発電所を接続する適切な直径の鋼管です。水は上部のバルブハウスから下部の発電所までこのペンストックを通って流れます。
発電所には、水タービンとそれに関連する発電機、昇圧変圧器、スイッチギアシステムがあり、電力を生成し、その後送電を可能にします。
最後に、サージタンクについて説明します。サージタンクは、水力発電所に関連する保護アクセサリーです。これはバルブハウスの直前に配置されています。タンクの高さは、ダムの背後の貯水池に貯められた水の水頭よりも高い必要があります。これは開放型の水タンクです。

このタンクの目的は、タービンが突然水を受け入れなくなったときにペンストックが破裂することを防ぐことです。タービンの入口には、ガバナーによって制御されるタービンゲートがあります。ガバナーは、電力負荷の変動に応じてタービンゲートを開閉します。電力負荷が突然発電所から切り離された場合、ガバナーはタービンゲートを閉じ、ペンストック内の水流を遮断します。水流の突然の停止はペンストックパイプラインの重大な破裂を引き起こす可能性があります。サージタンクは、このタンク内の水位の揺れによってバックプレッシャーを吸収します。

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