2007Ｓ13 電 子 シ ス テ ム 工 学 専 攻 富 一 田 年 貴 文 水 力 発 電 エ ネ ル ギ 変 換 工 学 第 7 回 監 修 木 下 祥 次 ～水力発電の流れ～ 時代の流れ 水力開発の幕開け 大規模水力開発の時代 環境に配慮した 水力開発の時代 明治２４年 昭和３８年 平成３年 京都府京都市： 蹴上発電所 富山県下新川郡： 黒部川第四発電所 岡山県真庭郡： 寄水発電所 日本初電気事業用 水力発電所 日本一の高さの アーチダム 日本初のゴム堰を 利用した発電所 ～水力発電のメリット①～ 短時間で発電開始が可能・出力調整が可能 流れ込み式水力：ベース供給力 調整池式水力・貯水池式水力・揚水式水力：ピーク供給力 ～水力発電のメリット②～ ＣＯ２排出量が非常に少ないクリーンエネルギー 886.8 石炭火力発電 704.3 石油火力発電 407.5 LNG火力発電（複合） 129.7 111.3 53.4 風力発電 29.5 原子力発電 24.7 地熱発電 15 水力発電 11.3 0 37.8 477.9 LNG火力発電（汽力） 太陽光発電 88.4 発電燃料の燃焼（直接） 設備の建設等（間接） 200 400 600 800 1000 g-CO2/kWh 発電別二酸化炭素排出量 出典：考えよう、日本のエネルギー(2004.12)｢資源エネルギー庁｣ ～水力発電のメリット③～ 資源の少ない日本にとって 貴重な純国産自然エネルギー ～水力発電のメリット④～ 永遠になくなることのない再生可能なエネルギー ～発電方法の種類①～ • 発電方式による分類 – 流れ込み式（自流式） • 河川の水を貯めず，そのまま発電に使用する。この方式 のほとんどが出力の小さい発電所。 – 調整池式 • 規模の小さいダムに，電力消費の少ない時に発電を控 えて水を貯め込み，消費量の増加に合わせて水量を調 整しながら発電する。この方式は数日間という短期間で の水量を調整する。 – 貯水池式 • 調整池式より規模の大きいダムに，水量が豊富で電力 の消費量が少ない春・秋などに水を貯め込み，電力が多 く消費される夏・冬に発電する。この方式では年間を通じ ての水量を調節する。 – 揚水式 ～発電方法の種類②～ 揚水式発電 ～発電方法の種類③～ • 構造物による分類 – 水路式 • 川の上流から，必要な落差が得られる場所まで水路に よって水を引いてきて行う発電。 場所の選定が比較的自由。 天候（川の水量）によって発電量が左右される。 ～発電方法の種類④～ – ダム式 • 川の途中にダムを設けて水を溜め，その溜まった水の落 差を用いて行う発電。 水を貯えるため天候の変化に強い。 大型のダムを除き落差を稼ぎにくいのが欠点。 海外の巨大ダムに設けられている超大規模な水力発電 所はこの方式が多い。 ～発電方法の種類⑤～ – ダム水路式 • ダムから水路で更に落差の得られる場所へ水を引いて 行う発電。 水路式とダム式の利点を生かした方法。 貯水池の中間水位より取水を行うため、通常は圧力導 水路及びサージタンクが用いられる。 日本国内においては大出力の水力発電所はこの形式が 多い。 ～将来の水力発電事業～ エネルギー資源枯渇問題 ＆ 地球規模での環境問題 今後、開発可能な一般水力発電 所： 約2,700地点，1,200万kW 新技術開発へ 経済省・農水省・環境省・・・ などから補助金UP ～将来の水力発電事業～ 建設コスト高・環境への影響大→新発電所建設が困難 中小規模水力発電 地下調整池による水路式発電 既存設備を利用するため， 環境負荷が少ない 財団法人 新エネルギー財団HPより 平均出力：4500kW (4人家族で約5,000世帯 ) 写真： 狩宿発電所 ～将来の水力発電事業～ – マイクロ水力発電（出力：10ｋW以下） ・一般河川，農業用水路，浄水場（水道・工業用水），下水処 理場，工業排水，トイレの洗浄水，空調用冷却水管・・・ などで発電可能。 基本的には水量と落差があるところでは発電可能。 実際に全国各地で実用されている。 ～将来の水力発電事業～ –マイクロ水力発電（出力：10ｋW以下） 出力が小さい⇒太陽光発電などの分散型電源と比較されるが・・・ ・数ｋＷ発電は経済的に成り立たない・・・ ⇒太陽光発電は，ｋＷ当たり70万円かかる。元を取るのに30年以上。 設備費用が同額の場合，ｋＷ当たりの経費は太陽光発電の1/5～1/10程度 ・立地点が限られているから太陽光のように普及しない・・・ ⇒賦存量は原発の発電量を上回るとの見方もある。限られた場所も利用するに こしたことはない。 ・発電量が小さすぎて，たくさん作っても意味がない・・・ ⇒住宅用太陽光発電は平均3.5ｋＷ。それが総出力80万ｋＷ。 3ｋＷの水力発電は，年間稼動時間が太陽光の5～10倍。 つまり，15～30ｋＷの太陽光と同じ働きをする。 「太陽光発電は普及すべき」となるように， 「マイクロ水力発電は普及すべき」となるのでは・・・。 ～将来の水力発電事業～ 原子力発電 ー 揚水式発電 の関係 需要 ＜ 供給 となっている 原子力発電の出力を一定時間抑えたい・・・ 原子力発電は All or Nothing でしか制御できない 余剰電力を揚水式発電へ HP：よくわかる原子力 より ・原子力発電と揚水式発電は対になって建設される ・揚水式発電所の建設費＝原子力発電所の建設費の一部 ～水力発電の必要性～ 2007年8月21日 東京電力プレリリースより要約 2007年5月16日 塩原水力発電所（栃木県）は，東電がダムの水位調節 を巡る不正を隠ぺいするためデータ改ざんしたため，国 土交通省より水利権許可の取り消しを受ける 7月16日 新潟県中越沖地震で柏崎刈羽原子力発電所が停止 東電の電力供給力が700万kW低下 8月20日 猛暑による電力需要増加の恐れから，塩原水力発電所の 発電準備に取り掛かる。 7月30日～9月7日まで，国土交通省は緊急時 の水利使用を許可 ～水力発電の必要性～ 予想電力需要：6110万kW（最大6400万kW） 当初の供給可能電力は，6527万kW ⇒417万kW余力有り 柏崎刈羽原発停止：供給可能電力711.2万kW低下 福島第一原発3号機停止： 供給可能電力78.4万kW低下 他電力会社から電力融通 ⇒供給可能電力444万kW増加 停止処分だった塩原水力発電所稼動 ⇒供給可能電力90万kW増加 ～水力発電の問題～ 1秒間にQ［m３］の流量がH［m］の高さから落下すると き、単位時間に作用する仕事量Pは、水の比重量をγ ＝1000kgｆ/ｍ３とすると、 P QH 1000QH (kgf m / s) ところで、１kgｆ・m/s=9.8Jであり、１J=1Wsである から、上式は 1000 9.8 P 1000 QH QH 9.8QH 1000 となる。 参考文献 （１）？を！にするエネルギー講座 http://www.iae.or.jp/energyinfo/ （２）電力のつくり過ぎと原発 http://www.nuketext.org/mondaiten_tsukurisugi.html （３）電力を捨てる「発電所」 揚水式発電 http://www.nuketext.org/mondaiten_yousui.html （４） GO!GO!デンキーズのエネルギー探検！ http://www.yonden.co.jp/kids/index.htm （５）取水から見た水力発電の方式 - 水力ドットコム http://www.suiryoku.com/style/style.html （６）水力のページ http://www.enecho.meti.go.jp/hydraulic/ （７）マイクロ水力発電倶楽部 http://www2.tba.t-com.ne.jp/hmc/
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