水力発電所とは何ですか

水力発電所とは何か？

水力発電所の定義

水力発電所は、落下する水の運動エネルギーを利用してタービンを回転させることで電力を生成する施設として定義されます。

水力発電所では、高所から低所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利用され、タービンを回転させて電力を生成します。上流の水位に貯められた潜在エネルギーは、水が下流へ落ちる際に運動エネルギーとして放出されます。このとき、水流がタービンの羽根に当たることでタービンが回転します。水の落差を確保するために、水力発電所は一般的に山岳地帯に建設されます。川の流れを堰き止めるために人工的なダムが建設され、必要な水の落差を作ります。このダムから制御された方法で水流が下流に向かってタービンの羽根へと導かれます。その結果、水流の力によってタービンが回転し、タービンシャフトが発電機のシャフト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が必要ないことです。ダムが建設されれば、自然に水の落差が得られます。

燃料がないということは、燃料費がかからないだけでなく、燃焼や煙突ガス、汚染もありません。これにより、水力発電所は清潔で環境に優しいものとなります。また、熱電発電所や原子力発電所と比較して建設が簡単です。

しかし、大きなダムの建設コストがかかるため、水力発電所の建設は熱電発電所よりも高額になることがあります。工事費も高いです。さらに、水力発電所は特定の場所にしか建設できず、多くの場合、負荷中心から遠い場所になります。

そのため、発電された電力を負荷中心まで送電するためには長い送電線が必要になり、送電コストが高くなる可能性があります。したがって、送電コストはかなり高くなることがあります。

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。また、川の流れを堰き止めるダムを建設することで、下流域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、川の流れを堰き止めるために建設される人工的なコンクリートの障壁です。ダムの背後にある集水面は巨大な貯水池を作り出します。圧力トンネルは、ダムからバルブハウスへと水を導きます。

バルブハウスには2種類のバルブがあります。一つ目はメインスルーシングバルブ、二つ目は自動遮断バルブです。スルーシングバルブは下流域への水流を制御し、自動遮断バルブは発電所からの電力負荷が突然消失し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、水流を直接制御する役割はありません。緊急時にシステムの破裂を防ぐために動作します。

ペンストックは、バルブハウスと発電所を結ぶ鋼管です。バルブハウスから発電所へと水流がペンストックを通って流れます。発電所には水力タービンと発電機があり、関連する昇圧変圧器とスイッチギアシステムが設置されており、電力の生成と送電を可能にしています。

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。バルブハウスの直前に位置しています。タンクの高さはダムの背後の貯水池に貯められた水の頭部より高くなければなりません。これは開放型の水タンクです。

このタンクの目的は、タービンが突然水流を受け入れなくなるときにペンストックが破裂しないように保護することです。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。もし電力負荷が突然消失した場合、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深刻な破裂を引き起こす可能性があります。サージタンクは、タンク内の水位の揺れによってこの逆圧を吸収します。

水力発電所の建設

水力発電所の建設には、ダム、圧力トンネル、バルブハウス、ペンストック、発電所、およびサージタンクの作成が含まれます。

 水力発電の利点

これらの発電所は燃料不要で汚染も発生しないため、コスト効率がよく環境に優しいです。

水力発電の欠点

建設コストが高く、必要な場所に電力を送るために長い送電線が必要なことが課題となります。

ダムの追加的な利点

水力発電所で使用されるダムは、灌漑支援や洪水制御などの利点も提供します。