第一種電工 令和元年度 問16｜電気機器・蓄電池・配線器具

水力発電は、高い所の水を低い所へ流し、その勢いで水車を回して発電する。水の流れる順番は、

1. 取水口：川やダムから水を取り入れる

2. 水圧管路：取り入れた水を、高い所から水車まで一気に落とす太い管

3. 水車：水の勢いで回り、つながった発電機を回す

4. 放水口：使い終わった水を川に戻す

したがって「取水口→水圧管路→水車→放水口」のウが正しい。水車より先に水圧管路が来る点がポイント。正答はウ。

水力発電所では、水の位置エネルギーを水車で回転の力（機械エネルギー）に変え、発電機で電気エネルギーに変える。水の経路は次の順になる。

【取水口】河川やダムから発電用水を取り入れる入口。

【導水路・水槽】取り入れた水を、勾配の緩い水路で発電所の上部まで導き、水槽（ヘッドタンク、圧力のかかる水路ではサージタンク）で流量の変化を調整する。

【水圧管路】水槽から水車まで、高低差を利用して水を一気に落とす鋼管。ここで位置エネルギーが圧力と速度のエネルギーになる。

【水車】水の勢いで回転し、直結した発電機を回す。

【放水路・放水口】水車を出た水を河川へ戻す。

選択肢で取水口・水圧管路・水車・放水口の順になっているのはウだけ。アとエは取水口より前に別の設備が来ており、イは水車が水圧管路より前にあるので誤り。正答はウ。

【エネルギーの流れで並べる】水力発電の経路は「水を取る→高さを保ったまま運ぶ→一気に落とす→回す→戻す」の順で考えると迷わない。

・取水口：取水ダムや貯水池から取水する。ごみを除くスクリーンがある。

・導水路：勾配を小さくして水の高さをできるだけ保ったまま発電所の近くまで運ぶ。

・水槽／サージタンク：水車の負荷が急に変わったときの水量の変化や圧力の上昇（水撃作用）を和らげる。

・水圧管路：落差を一気に使う区間。位置エネルギーを圧力・速度のエネルギーに変える。

・水車：ペルトン水車（高落差）、フランシス水車（中落差）、プロペラ水車・カプラン水車（低落差）など、落差に応じて形式を選ぶ。

・放水路・放水口：水車を出た水を河川に戻す。反動水車では、水車の出口から放水面までを吸出し管でつなぎ、その区間の落差も利用する。

【出力の式との関係】発電機出力は P＝9.8QHη［kW］（Q：使用水量 m³/s、H：有効落差 m、η：水車と発電機の総合効率）。有効落差は、取水口と放水口の水面の差（総落差）から、導水路・水圧管路などでの損失水頭を差し引いたもの。経路の順番を押さえておくと、どこで損失が出るかも整理しやすい。

【選択肢の確認】

ア：水車が最初に来ており、水を取り入れる前に水車を回すことになる。誤り。

イ：水車の後に水圧管路があり、落差を使う前に水車を回している。誤り。

エ：取水口より前に水圧管路がある。誤り。

ウ：取水口→水圧管路→水車→放水口。正しい。正答はウ。