水力発電はどのように機能しますか

水力発電は急速に姿を消しつつありますが、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源は急速に追いついており、依然として世界の電力の最大の部分を占めています.

水力発電は20世紀に非常に普及したため、その強度と豊富さから「白炭」というニックネームが付けられました。

エネルギーを生み出す元々の最も基本的な方法は水力発電でした。

簡単に言えば、水力発電は、落下または移動する水からのエネルギーの生成です。 河川には、発電のためにダムが建設されています。

その後、タービンは水の連続的な流れによって回転します。

最もポピュラーな 再生可能エネルギー 21世紀初頭の水力発電は、2019年には世界の総発電能力の18％以上を占めていました。

「水力発電はどのように機能するのか」では、水力発電の動作原理を見ていきます。

水力発電とは何ですか？

水力発電は環境にやさしい ダムや分水構造を使用して川やその他の水域の自然の流れを変えることで発電する再生可能エネルギー源。

水力発電とも呼ばれる水力発電は、 電気 によって駆動される発電機から タービン 変換ing 位置エネルギー 落下または流れの速い 水 に 力学的エネルギー.

水力発電の利点

米国地質調査所 (USGS) によると、どのような種類のエネルギー生成も完璧な解決策ではありませんが、水力発電にはいくつかの利点があります。

出典：水力発電の長所と短所は何ですか？ （ソーラーウェブサイト）

1.再生可能エネルギーの源

水力発電は地球上の水を利用して発電するため、再生可能資源とされています。

太陽が輝くと、地球の表面の水が蒸発して雲を作り、最終的には雨や雪として惑星に戻ります。

使い果たせないので、希少性による価格上昇の心配はありません。

したがって、水力発電所は長持ちするように作られています。 他の状況では、25年間続くことを意図した機械は、使用された後もまだ使用されています XNUMX倍の長さで使用.

2.クリーンエネルギー源

多くの「グリーン」で「クリーン」な代替エネルギー源の XNUMX つは、水力発電です。 水力発電は環境を汚染しません。

水力発電施設は、エネルギーを生成する際に有害ガスや温室効果ガスを大気中に放出しません。

汚染が最も深刻な時期は、発電所が建設されている時期です。

石炭、石油、または天然ガスと比較して、稼働中の水力発電所は温室効果ガスの生成が少なく、気候変動、酸性雨、および煙を減らします。

水力発電は大気汚染物質を放出しないため、呼吸する空気の質を向上させるのに役立ちます。

さらに、植物は危険な副産物を生成しません。

今日、水力発電の使用は、4.5万バレルを超える石油に相当する温室効果ガスの放出を防ぎ、地球温暖化の速度を速めます。

3.手頃なエネルギー源

高価な初期建設費にもかかわらず、水力発電は費用効果の高いエネルギー源です。

河川水は、市場の変動の影響を受けない無限の資源です。

石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料ベースのエネルギー源の価格は、市場の変動性に大きく影響され、急激に上昇または下降する可能性があります。

水力発電設備は平均寿命が50年から100年であり、将来の多くの世代に利益をもたらす可能性のある長期投資です。

また、運用および保守の費用がはるかに少なく、今日の技術要件を満たすように簡単に変更できます。

4.開発中のリモートコミュニティを支援します

これらの再生可能エネルギー施設は、雇用を生み出すだけでなく、地元の人々や企業が使用するためのクリーンなエネルギーも生み出します。

電力を必要とする遠隔地には水力発電所があり、産業、商業、輸送、その他の重要なコミュニティ開発も行われています。

これらのイニシアチブはすべて、地域経済、医療と教育へのアクセス、および住民の全体的な生活の質の向上に役立ちます。

EIAは、この信頼性と適応性のある電源が、他の開発者に対するコミュニティの魅力を高めると主張しています。

5.レクリエーションの機会

釣り、ボート遊び、水泳はすべて、ダムの背後にある湖で可能なレクリエーション活動です。

湖からの水は、灌漑に使用される可能性があります。 大きなダムも観光客に人気の目的地になります。

水力発電施設は、必要に応じて使用したり、降雨量が少ない場合の灌漑用に大量の水を貯めることができます。

干ばつや洪水への感受性を減らし、水位を枯渇から守るため、水を貯めることができると有利です。

6.ピーク需要の強化

水力発電は、ゼロ需要からピーク出力までの迅速で信頼性の高い容量でUSGSから賞賛されています。

他のどのエネルギー源よりも迅速に、生産者はこのタイプの再生可能エネルギーを電気に変換し、それを電力網に追加することができます。

水力発電は、この機能により、変化する消費者のニーズに適応するための最良のオプションです。

7.多用途のエネルギーソリューションを提供します

たとえば、水力発電は、水や太陽エネルギーなどの他の再生可能エネルギー源の実行可能性を高めます。

水力発電施設は、気候に応じて変動する可能性があるため、太陽エネルギーと風力エネルギーを補完する理想的な施設です。

その結果、水力発電は将来的に大きな可能性を秘めています。 再生可能エネルギー源のみ.

水力発電のデメリット

水力発電所には多くの利点がありますが、他のエネルギー源と同様に、リスクと欠点を最小限に抑えるために開発して賢明に使用する必要があります。

これらの不利な点のいくつかは事実上すべてのエネルギープラントに当てはまるかもしれませんが、水の転換に関する問題は水力発電に特有のものです。

出典：水力発電の5つのデメリット（PMCAOnline）

1.環境へのダメージ

自然の水の流れの混乱は、環境と河川の生態系に大きな影響を与える可能性があります。

食糧不足や繁殖期が始まると、通常、特定の魚種やその他の野生生物が移動します。

ダムの建設により、そのルートが遮断され、水の流れが止まり、川沿いの生息地が消滅し始める可能性があります。

これは動物が水に到達するのを妨げるかもしれません、そしてそれは魚が繁殖するのを妨げるか、魚の死を引き起こすかもしれません。

水の堰き止め、川の流れの変化、道路の建設、送電線の設置のために、水力発電の自然な影響は自然の中断と関連しています。

このプロセスを研究し、XNUMXつのコンポーネントだけに基づいて判断することは困難ですが、水力発電所は魚とその移動方法に影響を与える可能性があります。

より多くの顧客の投資が魚種の虐待に関連しており、多くの人々がこのトピックについて強く感じていることを示しています。

2.ダム建設の環境への影響

水力発電は再生可能な資源ですが、ダム建設に必要な鉄鋼やコンクリートの生産は温室効果ガスを排出する可能性があります。

植物を作るのに適した場所は世界中にあまりありません。

さらに、これらの場所のいくつかは、エネルギーが最大限に活用される可能性のある大都市から遠く離れています。

3.高い初期資本支出

発電所の建設は困難で費用がかかりますが、水力発電所には水の流れを止めるためのダムが必要です。

結果として、それらは同等の規模の化石燃料施設よりも高価です。

地理、基礎を水中に置くこと、およびそれらを構築するために必要な材料などのロジスティック上の困難のために、水力発電施設は構築するのに非常に費用がかかります。

唯一の利点は、終了後にそれほど多くの維持管理を必要としないことです。

建設に投資された資金を回収するために、水力発電所はまだかなりの時間稼働している必要があります。

4.紛争の可能性

水力発電が豊富な国々では、水を利用するために河川にダムを建設することがよくあります。

この行為は称賛に値しますが、ある方向から別の方向への自然の水の流れを妨げる可能性があります。

さまざまな地域でダムを建設したい人々に対応するために、ある場所で必要のない水を別の場所に転用しています。

しかし、そこに水が不足していると戦争につながる可能性があるため、ダムへの水の流れを止める必要があります。

5.干ばつを引き起こす可能性があります

水力発電は最も信頼できる再生可能エネルギー源ですが、特定の地域での水の利用可能性に依存しています。

したがって、 干ばつ 水力発電所の操業に大きな影響を与える可能性があります。

エネルギーと電力の総コストは、水の利用可能性に基づいて計算されます。

乾いた呪文は、必要な力を得ることができないため、水を得る能力に大きな影響を与える可能性があります。

そして、私たちの地球は気候変動のために熱くなり続けているので、これは起こるかもしれません より一般的に.

6.低地での洪水のリスク

ダムがより高い標高に建設されると、下流に住むコミュニティは洪水の危険にさらされます。 ダムから強力な水流が放出されて洪水を引き起こす可能性.

ダムの建設の強さにもかかわらず、まだ危険があります。 ザ 板橋ダム決壊 記録された歴史の中で最大のダム決壊です。

台風による大雨でダムが壊れた。 その結果、171,000人が亡くなりました。

7.二酸化炭素とメタンの排出

水力発電所から大量の二酸化炭素とメタンが放出されます。

水面下の植生は、ダムに近いこれらの湿った場所で腐敗し、劣化し始めます。

さらに、植物は多くを放出します 炭素とメタン 彼らが死ぬにつれて。

8.地質学的損傷

大規模なダムの建設により、深刻な地質学的被害が生じる可能性があります。

火花を散らした米国のフーバーダムの建設 地震 近くの地表を沈下させたのは、地質学的危害の典型的な例です。

9.地域の水文学への依存

水力発電は水流のみに依存しているため、環境の変化がこれらのダムの発電の成功に影響を与える可能性があります。

たとえば、気候変動によって特定の場所の水流が低下した場合、水力発電ダムの生産性は予想よりも低くなる可能性があります。

たとえば、ケニアのエネルギー要件の66％は水力発電によって満たされています。

ケニアは干ばつによってもたらされたエネルギー制約の影響を長い間受けてきた、と主張している 国際河川、世界の川の保全に専念するグループ。

一方で、気候変動の結果として洪水の危険性が高まる場所もあります。

このような状況では、ダムは洪水調節と再生可能エネルギーの生産の両方を提供できます。

水力発電はどのように機能しますか？

水力発電はどのように機能しますか

出典：水力発電所はどのように機能しますか？ 簡単な歴史と基本的な仕組み（WIKAブログ– WIKA USA）

川やその他の水域の自然の流れを変えるダムやその他の構造物を使用して、 水力発電、しばしば水力発電として知られています。

水力発電は、エネルギーを生成するために、水を燃料として使用し、廃棄物を残さない、永続的で終わりのない水循環を使用します。

多くの異なるものがありますが 水力発電所の種類、それらは常に下流に移動する水の運動エネルギーによって推進されます。

この運動エネルギーを電気に変換し、その後、建物、企業、その他の施設に電力を供給するために、水力発電はタービンと発電機を使用します。

水力発電施設は、水を使用してエネルギーを生成するため、通常、水源の上または近くに配置されます。

流れる水から抽出される可能性のあるエネルギーの量は、その体積とXNUMX点間の標高の変化または「頭」の両方に依存します。

生成できる電力量は、流量とヘッドとともに増加します。

プラントレベルでは、水は水圧管とも呼ばれるパイプを介して循環します。パイプはタービンのブレードを回転させ、発電機を回転させてエネルギーを生成します。

これは、揚水発電や流れ込み式水力発電システムなど、従来の水力発電施設の大部分がどのように機能するかを示しています。

水力発電所の図

水力発電所のコンポーネント

水力発電所の主な構成要素は次のとおりです。

• フォアベイとインテーク構造
• ヘッドレースまたはインテークコンジット
• ペンストック
• サージチャンバー
• 油圧タービン
• パワーハウス
• ドラフトチューブとテールレース

1.フォアベイとインテーク構造

フォアベイは、その名前が示すように、取水口の前にあるより大きな水域です。 水圧管が貯水池から直接水を汲み上げるとき、貯水池は前湾として機能します。

タービンの前の運河のセグメントは、運河が水をタービンに輸送するときに前湾を作成するために拡張されます。

タービンに水を供給するために、フォアベイは一時的に水を貯蔵します。 水は運河や貯水池に入るときに流れることができません。

水の流入を管理するために、取水口にホイストが設置されています。 ゴミや樹木などが水圧管に入るのを防ぐために、ゲートの前にゴミ箱を設置しています。

さらに、定期的にゴミ箱を片付けるための熊手も利用できます。

2.ヘッドレースまたはインテークコンジット

それらは貯水池からタービンに水を輸送します。 現場の状況に応じて、開水路または圧力導管（水圧管）を選択できます。

圧力導管は、ダム本体のフレア取水管、長い鋼またはコンクリートの導管、または貯水池と発電所の間を数キロメートルにわたって走るトンネルである可能性があります。

圧力導管の勾配は、サイトの状態によって決定され、地球の等高線には従いません。 水は、開水路よりも電力導管内でより速い速度で移動します。

速度は、ヘッドの高さが約2.5メートルになるまで、3〜60m/秒の間で変化する可能性があります。

ヘッドが高いほど、速度はさらに高くなる可能性があります。 開水路を一次導管として全体的または部分的に使用することが実用的または費用効果が高い場合があります。

ヘッドレース運河は通常、ヘッドロスが大きい低ヘッドシステムで使用されます。 水圧管やタービンに水を送る可能性があります。

開水路には、ナビゲーションや灌漑に使用できるという利点があります。

3.水圧管

水圧管は、貯水池または取水口構造からタービンに水を輸送する大きな傾斜したパイプとして機能します。

それらは一定量の圧力下で動作するため、水圧管ゲートを突然閉じたり開いたりすると、水圧管に水撃作用が生じる可能性があります。

したがって、水圧管が通常のパイプのようなものであるという事実を除けば、これらはウォーターハンマーの衝撃に耐えるように作られています。

この圧力を緩和するために、サージタンクは長い水圧管に使用でき、強力な壁は短い水圧管に使用できます。

水圧管は、鋼または鉄筋コンクリートを使用して製造されます。 長さが短い場合は、タービンごとに個別の水圧管が使用されます。

同様に、長さが長い場合は、XNUMXつの大きな水圧管が使用され、最後に枝に分割されます。

4.サージチャンバー

サージタンクとも呼ばれるサージチャンバーは、水圧管の圧力を制御するための上部開口部を備えたシリンダーです。

それは実用的である限り発電所の近くに位置し、水圧管に接続されています。

発電所が水圧管からの水負荷を拒否するたびに、サージタンクの水位が上昇し、水圧管内の圧力を制御します。

これと同様に、サージタンクは、需要が高いときに発電所への水の流れを加速し、水位を低下させます。

サージタンクの水位は、発電所の流量が一定のときに安定します。

サージタンクにはさまざまな種類があり、プラントのニーズや水圧管の長さなどに応じて選択されます。

5.油圧タービン

水力タービンは、水力エネルギーを機械エネルギーに変換し、タービンのシャフトを発電機に接続することで電気エネルギーに変換する装置です。

この場合のメカニズムは、水圧管からの水が高圧下で円形のブレードまたはランナーに接触するたびに発電機が発電するというものです。

一般に、油圧タービンには、リアクションタービンとインパルスタービンのXNUMX種類があります。

速度タービンはインパルスタービンの別名です。 インパルスタービンの例は、ペルトン水車です。

圧力タービンは、反応タービンの別名です。 このグループには、カプラン水車とフランシス水車が含まれます。

6.パワーハウス

「発電所」と呼ばれる施設は、電気および油圧機械を保護するために設置されています。

通常、発電所用に構築された基礎または下部構造は、機器全体をサポートします。

反応タービンの基礎を作るとき、ドラフトチューブやスクロールケーシングなどのいくつかの機器は内部に固定されます。 その結果、基盤は大規模に構築されます。

上部構造に関しては、垂直タービンはXNUMX階の発電機の下に配置されています。

さらに、水平タービンが提供されます。 XNUMX階または中二階には制御室があります。

7.ドラフトチューブとテールレース

テールレースとは、インパルスホイールの場合はタービンが排出され、リアクションタービンの場合はドラフトチューブを通って排出される通路を指します。

ドラフトチューブとも呼ばれるサクションパイプは、すべてのリアクションタービンの出口側に取り付けられた気密チューブです。

タービンランナーの排出端から始まり、水面下0.5メートルのテールウォーターレベルまで下がります。

通常、4〜6度のフレアがストレートドラフトチューブに適用され、水の流れが徐々に遅くなります。

まとめ

水力発電所の動作原理が知られるようになったことで、これと同じくらい洗練されたものが再生可能であり、50〜100年続くことができることを知っておくのは良いことです。 ものすごいね。

よくあるご質問

水力発電は何に使用されますか？

水力発電は、運動エネルギーを電気に変換して発電するために使用され、その後、建物、企業、その他の施設に電力を供給するために使用されます。水力発電は、これらのプロセスにタービンと発電機を使用します。

水力発電は再生可能ですか？

水力発電は再生可能エネルギーの一形態です。 なんで？ 水のため。 水がどのように蒸発して雲になり、降水として地表に戻るかを観察できます。 水循環は絶えず更新され、電力を生成するために繰り返し使用することができます。

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