日本の電源別発電電力量、水力発電

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日本の電源別発電電力量(1990年～)
水力発電
まとめノート一覧

日本の電源別発電電力量(1990年～)

・水力：約10％で推移しており横ばい
・石炭：1990年の約10％から増加しており、現在は約30％。2番目に多い。
・石油：1990年は約25％だったが、2000年から大きく減少。現在は10％未満。
・原子力：約30％だったが、2011年の福島第一原発事故を境に安全基準が高まり、再稼働が厳しくなった。現在は1％ほど。
・LNG：天然ガス。現在40％超で1番多い。1990年から20％超で発電の中心。石油や石炭に比べてクリーンで効率が良いため評価されている。

水力発電

発電所の使用水量の選定や可能発生電力量の算定などに利用される流況曲線における水量の表現。

渇水量：1年のうち355日はこれを下らない流量。
低水量：1年のうちに275日はこれを下らない流量。
平水量：1年のうちに185日はこれを下らない流量。
豊水量：1年のうちに95日はこれを下らない流量。
洪水量：3、4年に一度起こる河川の流量。

水路

・導水路：取水口から水槽(ヘッドタンク又はサージタンク)までの水路。
・放水路：放水庭から放水口までの水路。
・取水口：河水を水路に導入するための設備。

・留意点

計画水量を取水し、必要に応じて取水量を調整し得る。
損失水頭をなるべく少なくする。
土砂、流木、じん芥(じんかい)などが流入しないようにすることが求められる。‣塵芥(じんかい)：ちりとごみ。

・水路の種類を構造的に分類すれば、開きょ、暗きょ、トンネル、水路橋、逆サイフォンなどがある。また、水路を水理学的に分類すれば、無圧水路と圧力水路とに分けられる。
・導水路トンネルは、流水の摩擦によるエネルギー損失の低下、外側からの土圧及び内側からの水圧に耐える強度保持、漏水量の抑制などを目的として、一般的にコンクリートによる巻立を行う。
・無圧水路に接続する取水口から水路に至る断面形状は、損失落差をできるだけ小さくするよう、急激な断面変化は避けなければならない。
・水路式発電所の場合、土砂が水路内に沈殿して流積を狭めたり、水圧鉄管や水車を摩耗させたりする原因となるので、取水口に近い位置に沈殿池を設け、土砂を沈殿させ排除する。
・水路式発電所の取水口は、洪水時に水流や流木などが激突するおそれのない場所に設置する。

沈砂池

・沈砂池：流水中の土砂などを沈殿させて流れから除くための池。
・ポンプの摩擦や損傷を防ぐ目的で揚水設備の前に設けられることが一般的。このため、流速を落とし、池内での流れが偏流や逆流や射流にならないようにする。

・留意点

強固な鉄筋コンクリート造とする。
堆砂のための長方形の池が主要な構造。
流入部と流出部が池の両端にあり、池内での流れが偏流や逆流を避け、層流となるように幅が徐々に広がり/狭くなる。
上澄みだけを流出させるよう、内部の水面下に堰(せき)が設けられる。
清掃や点検、補修に備えて、複数の池を備えるものがある。
寒冷地で凍結が予想される場合には、屋根が設けられることがある。

・無圧水路では、一定流量に対して勾配を急にすれば、流速が増大して水路の断面積はちいさくできるが、損失落差が大きくなってしまう。
・圧力水路の勾配は、排水の便を考慮し、かつ負荷の変動に伴うサージタンク内の水面振動に支障がないよう、無圧水路に比して急こう配とする。
・無圧トンネルの内面は通常コンクリートで巻立てるが、岩盤が良好な場合は通水部分だけ巻立てを行い、天端アーチを素掘りのままとして、工事費の節減を図ることもある。
・圧力導水路においては、取水口の計画最低水位とサージタンクの設計最低水位(取水口最低水位時における下降サージの最低水位)とを結ぶ導水勾配線以下に水路全体があるように設計すれば、その間の水路勾配に関係なく動水勾配により流下する。
・導水路とヘッドタンクとの取付け部がわん曲し、あるいは著しく非対称であると、流心が一方に偏って渦流を生じ、空気が水圧管に吸い込まれるなどヘッドタンクの機能が低下する。取付け部は漸次ゆるやかに拡大して渦流が起こらないようにする。
・導水路形式の選定において、トンネルは山地を直線的に貫通できるので水路延長を短縮することができ、損失水頭は小さくなる。
・サージタンクは、水圧管路に発生する水撃圧が圧力トンネルへ波及することを防ぐとともに、負荷の急変に即応した水量の調整や負荷に見合った流量へ平衡させる機能を持つ。
・差動サージタンクは、水槽内に断面積の小さい円筒形の立て坑(ライザー)を立てて水路と直結させ、水槽と水路とは小孔(ポート)で連絡する構造を有している。
・有効落差：取水口から水車入口まで及び水車出口から放水口までの間を流れが流下する際に失う損失水頭を総落差より差引いた残りの落差(水頭)をいう。
・総落差：発電所の取水口における水面標高と放水口における水面標高の差。

・普通水槽の容量を設定する条件

導水路からの水の補給なしで1～2分程度の運転ができること。
起動時や定常運転時に大きな水位変動が起きないよう十分な湛水面積を有すること。

・流れ込み式発電所：河川の自然流量を調整せずそのまま発電する方式で、一般には付加変動に応じた調整機能を持たない。
・電力損失：電源から送られた電力が負荷とは別のところでムダに失われてしまうこと。水力発電では、導水路での摩擦損失が該当する。流体力学において、摩擦損失を求める方法としては、ダルシー・ワイスバッハの式が提案されている。摩擦損失は管の長さと平均流速の2乗に比例し、管の内径に反比例する。つまり通水量が一定のため、断面積が小さくなると流速が上がり、電力損失は増加する。