電験三種 令和4年度下期 電力 問1｜発電（水力発電）

水力発電の基本的な性質と、我が国の電源構成の中での位置づけを問う正誤問題です（令和4年度下期 問1）。

誤っているのは(3)です。水力発電が昭和30年代前半まで発電の主力だったことは正しいのですが、その後は火力・原子力が大きく伸びたため、近年の発電電力量に占める水力の比率は1割に満たない水準で、「20％程度」ではありません。

(1)ベルヌーイの定理はエネルギー保存則、(2)起動・停止が速く寿命が長く効率が高い、(4)流況曲線は発電計画の基礎資料、(5)有効落差＝総落差－損失水頭、はいずれも正しい記述です。正答は(3)です。

【水力発電の基本と発電電力量比率】（令和4年度下期 問1）

「誤っているもの」を選ぶ問題なので、各選択肢を順に確かめます。

(1) 正。ベルヌーイの定理は、単位質量あたりで (1/2)v²＋gz＋p/ρ＝一定（v:流速、z:高さ、p:圧力、ρ:密度）と表され、運動エネルギー・位置エネルギー・圧力エネルギーの和が保存されることを示す。エネルギー保存の法則そのものである。

(2) 正。水力発電は燃料の燃焼や蒸気の発生を伴わないため、短時間で起動・停止や出力調整ができる。設備は水車・発電機とダム・水路が中心で耐用年数が長く、水のもつエネルギーを直接機械エネルギーに変えるため変換効率も高い。

(3) 誤（正答）。前半の歴史（昭和30年代前半までは水力が主力）は正しいが、その後の火力・原子力の拡大で水力の比率は大きく下がった。近年の我が国の発電電力量に占める水力の比率は1割に満たず、「20％程度」は過大である。

(4) 正。流況曲線は河川の日流量を年間で多い順に並べた曲線で、豊水量・平水量・低水量・渇水量を読み取ることができ、最大使用水量や年間発電電力量の計画に用いる。

(5) 正。総落差から導水路・水圧管などの損失水頭を引いたものが有効落差で、これが水車に与えられるエネルギーに対応する。出力は P＝9.8QHη[kW]（Q:流量[m³/s]、H:有効落差[m]、η:総合効率）で表される。

よって正答は(3)です。

【この問題の作り方と水力発電の要点】（令和4年度下期 問1）

本問は、(1)(2)(4)(5)が水力発電の原理・特徴・計画に関する教科書どおりの記述で、(3)だけが「数値」を入れ替えて誤りにしています。(3)の前半「昭和30年代前半まで我が国の発電の主力であった」は史実どおりで、正しい前半に誤った数値を続けるという、正誤問題でよく使われる構成です。昭和30年代以降は大容量の火力発電所の建設、のちに原子力発電の導入が進み、水力は電源構成の中心から調整用・ベース補完の役割へ移りました。近年は発電電力量の比率で1割に満たず、20％という数字は実態から大きく外れています。

(1)のベルヌーイの定理は、水頭で表すと v²/(2g)＋z＋p/(ρg)＝一定 となり、速度水頭・位置水頭・圧力水頭の和が一定という形で水力の計算に使います。実際の管路では摩擦などで水頭が失われるため、(5)のように総落差から損失水頭を差し引いた有効落差 H を用いて出力を計算します。

出力の式 P＝9.8QHη[kW] は、密度 1000kg/m³ の水が毎秒 Q[m³] 落差 H[m] を下るときの位置エネルギーの減少 ρgQH[W]＝1000×9.8×Q×H[W]＝9.8QH[kW] に、水車と発電機の効率の積 η を掛けたものです。例えば Q＝10m³/s、H＝100m、η＝0.85 なら P＝9.8×10×100×0.85＝8330kW になります。

(4)の流況曲線は、年間の発電電力量の見込みや最大使用水量の決定に使われ、横軸の日数に応じて豊水量（95日）・平水量（185日）・低水量（275日）・渇水量（355日）が定義されます。(2)の起動・停止の速さは、揚水発電がピーク負荷や需給調整に用いられる理由にもなっています。

この形式の問題では、定義や原理の記述は基本どおりであることが多く、具体的な数値や「主力」「大部分」といった量の表現が入った選択肢から疑うのが有効です。