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生産される電気・水力発電

電気の歴史でも紹介しましたが、電気が実用化されてきたのは実質20世紀に入ってからになりますが、果たして電気はどのように生産されてきたのでしょうか?いまや電力の供給は火力発電がその多くを占めていますが、原子力による発電量も多くなってきています。
あなたもご存じのとおり、発電には「水力」「火力」「風力」「地熱」「原子力」などがありますが、一つずつ順序を追って紹介してみたいと思います。まずは「水力発電」からです。

水力発電の歴史と特徴

水力発電の歴史は古く明治20年代にさかのぼります。その時代に建設された京都の蹴上発電所や仙台の三居沢発電所などは現在も稼働しており、非常に長期間にわたり発電可能で、再生可能で地球に優しい発電方法です。その仕組みは、水が高い所から低い所へ落ちる力(位置エネルギー)を利用して水車を回し、その水車につながれた発電機を回転させて電気を発生させます。日本では山間の渓谷に数多くのダムがあります。これらのダムは河川の増水による洪水への対策渇水に備えて水を貯めるという渇水対策のほかに、高い位置から水を流して水力発電に利用するという目的があります。日本は温暖湿潤気候で降水量が多いため、以前は水力発電が電力供給の中心でしたが、現在では原子力発電や火力発電による発電が主流になり、水力発電は日本全体の発電量(一般電気事業用)の約10%程度になっています。しかしながら下のグラフを見てもらえば分かるとおり、CO2の排出量から考えると、ほかのエネルギー源に比べ、もっとも低い数値の排出量であるため、温暖化防止に向けて注目を集めるべき発電方法であるといえるでしょう!





水力発電の形式

水力発電のしくみは最初に説明したとおり、高いところから低いところへ水が流れ落ちる位置エネルギーを利用したものですが、その方法もいろいろな面からいくつかに分類されます。その分類を見てみましょう。まずは水の利用面からの分類です。

貯水池式
水量が多く電力の消費量が比較的少ない春や秋に河川からの水を大きな池に貯め、電力がたくさん消費される夏や冬に使用する発電方式です。ダムがこの方式に当てはまりますね。


調整池式
夜間や週末の電力消費の少ない時に発電を控えて河川の水を池に貯め、電力消費量の増加に伴い水量を調整する発電方式です。この方式もダムに当てはまります。


流れ込み式
河川を流れる水のエネルギーを直接利用する発電方式です。


揚水式
高低差のある場所の上部と下部に池をつくり、昼間の電力消費が多い時には上部の池に貯めた水を下部の池に流して発電し、下部の池に貯まった水は電力消費の少ない夜間に上部の池にくみ上げ、昼間の発電に備えます。池の水を揚げ下げして繰り返し使用する発電方式なので、資源の再利用可能な水力発電ならではの方式です。


続いて、構造面からの分類を紹介します。

ダム式
一般的にもっとも認知度の高いダムを利用した発電方式です。河川をせき止め、落差を利用しています。水の利用面から見たときは、規模により貯水池式や調整池式に分類されます。


水路式
河川の上流に堰をつくり、落差が得られるところまで水路を引いて発電する方式です。水の利用面から見たときは、流れ込み式に分類されます。


ダム水路式
呼んで字のごとくダム式と水路式を組み合わせた発電方式です。両方の特性を生かせる地点で活用することができ、単独での方式の場合に比べて、より大きな発電量を生産することができます。水の利用面から見たときは、貯水池式や調整池式、揚水式に分類されます。


並べてみるとワケがわららなくなってしまいますが、下の図でどれとどれがくみ合わさっているか理解してもらえると思います。



ダムの種類

上記の分類で、ダムを利用した水力発電がもっとも多いことが分かっていただけたと思います。ちなみに日本のダムの数は建設中のものも含めると約3,000ともいわれています。そこで次にダムの種類を紹介したいと思います。

重力ダム
貯めた水の水圧をコンクリートの重さ(ダムの堰部分)で支えるもので、日本のダムの多くはこの重力ダムが採用されています。というのも建設が比較的容易で山野の多い日本の様々な地形に合わせて建設することが可能だからです。


中空重力ダム
重力ダムの内部を空洞にしたダムで、重力ダムに比べるとコンクリートの量は少なくすみますが、構造が複雑になるため、建設が難しくなります。


アーチダム
貯めた水の水圧をダムの両側の岩盤で支えるようにアーチ型(弓なり)に建設したもので、谷幅(水が流れるところの幅)が狭いV字形の地形に適しています。 重力ダムと比べると、ダムの両側に丈夫な岩盤が必要になりますが、ダムの厚みが薄くでき、コンクリートの使用量を少なくすることができます。


バットレスダム
水をせき止める鉄筋コンクリート製の遮水版と、その水圧を支える鉄筋コンクリート製のバットレスと呼ばれる壁から構成されます。重力ダムと比べてコンクリート量が少なくなりますが、その反面複雑な構造になります


ロックフィルダム(中央遮水壁型)
岩石や土を盛り上げてつくるダムで、水漏れ防止のためにダムの中央部にコアと呼ばれる水を通さない粘土質の材料を使用しています。このダムの底面部分の面積が広く、ダムの重さが分散されるので、底面部分の面積の狭いコンクリートダムよりも地盤が悪い所でも建設することができます。


ロックフィルダム(表面遮水壁型)
岩石や土を盛り上げてつくるダムで、水漏れ防止のため、ダムの上流側表面にコンクリート等の舗装を施します。特徴は中央遮水壁型と同じですが、その構造に若干の違いがあります。


アースダム
もっとも古いかたちのダムで、粘土や土を盛り上げてつくるダムです。あまり水深の深いダムには向きませんが、ロックフィルダム同様に軟弱な地盤にも建設することができます。


こうして並べてみるといろいろな種類があり、びっくりしてしまいますが、貯水量世界一のダムはウガンダのオーウェンフォールズダムだそうで、貯水量はなんと日本最大の湖である琵琶湖の98.2杯分だそうです!このようなダムに関する詳しいことは(財)日本ダム協会のサイトで調べることができますので、興味のある方は覗いてみてはどうでしょうか?


ということで、若干ダムの方に話が進んでしまいました。ダム建設については賛否両論いろいろあると思いますが、資源の枯渇や地球温暖化が騒がれている今日において、クリーンなエネルギーを利用する水力発電が注目されていくのではないでしょうか?

と偉そうなことをいいましたが、とにかく最近の異常気象は人間が原因であることは間違いないので、一人一人が環境問題に注目し、CO2削減に協力するという姿勢を持たない限り、映画「デイ・アフター・トゥモロー」のような状態が訪れる日も近いかもしれません。

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