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水力発電とは?仕組みとメリット・デメリットを徹底解説!

皆さん、こんにちは。いつも久野商事をご利用頂き誠にありがとうございます。
今回は水力発電について詳しく解説したいと思います。

世の中にはさまざまな再生可能エネルギーがあり、その中でも今回は水力発電について解説していきたいと思います。
この記事を最後までお読み頂ければ、水力発電について理解が深まると思いますので、ぜひ最後まで、お読みください。

水力発電とは?

水力発電は、再生可能エネルギーの一種で二酸化炭素をほとんど排出しないクリーンなエネルギーです。
1840年頃にイギリスで開発され、世界各国に広まりました。
日本でも、明治25年に初めての水力発電所が京都に完成し、今では、日本の総電力10%をまかなうほど設置が進んでいきました
また、日本には山が多くあり、気候の影響で水量の多い河川が多く、地形が水力発電に向いているため、設置がたくさん進み、日本の水力発電建設技術が高いのも特徴です。

 

水力発電の特徴

水力発電は、雨の水を有効活用して電気を作り出すのでCO2をほとんど排出されず、見た目は水車がついているのが特徴です。
水力発電のしくみは、水をその水車の高い所から低い所へ落とし、その時の水の勢いで水車を回すことにより、水車に連結している発電機で電力に変換されて電気が作られます
また、発電機を動かして発電を行うのは、水力発電に限らず、火力発電や風力発電、原子力発電も同じ要領です。

 

水力発電ができる場所は?

水力発電は、水を高いところから低いところへ落ちる力を使って電気を作り出すので、ダムや河川の近くに設置されることが多いです。
また、水力発電には水面から水車までの落差をどのように作っているかで種類があり、”ダム式”、”水路式”、”ダム水路式”の三種類に分かれています。

 

ダム式

ダム式の水力発電は、ダムを造りダムの真下に水力発電所を設置することで、落差を作り発電する方法です。
一般的なイメージでダムから滝のように水が流れているのを想像するかと思いますが、実際にはパイプの中を通って、ダムの下に設置された水車を回します。
ダム式の構造はダム内の水が減ると、エネルギーが減ってしまう特徴があります。

 

水路式

河川の上流に取水堰(しゅすいせき)と呼ばれる水を引き上げるための取水施設を設置し、水を取り込み水路を通して落差のある場所まで導き、水を落として発電する方法です。
水路式の構造的に得られる落差が地形に左右されるので、水量によって水のエネルギーが影響されないといった特徴があります。

 

ダム水路式

ダム式の利点と水路式の利点を合わせた構造をダム水路式と言います。
ダムで止められた水を、水路で落差のあるところまで導き発電します。
ダムで落差を作ると高い堤防を作る必要があるので、設置のコストや地形の配慮の問題が起きます
ダム水路式は、水を落とす場所とためる場所が別々なので、水量を調整しやすいダム式の特徴を利用しているため、大きな落差を作りやすくなっています。

 

水力発電の種類

また、水力発電では、”水をどのようにコントロールするか”、”水面から水車までの落差をどのように作っているか”の組み合わせで発電所の特徴がそれぞれあり”流れ込み式”、”調整池式”、”貯水池式”、”揚水式”の四種類に分かれているのでこちらも合わせて解説していきます。

 

流れ込み式(自流式)

川の流れをそのまま発電に利用する方式を流れ込み式と言います。
流れ込み式は、水量によって発電量が変わるため梅雨のような雨がたくさん降る時期は発電量が増えますが、雨が降らない時期には発電量が減ってしまいます。
他の発電方法に比べてコストが安く、環境への影響が少ないメリットがありますが、発電量が安定しないという欠点があります。
また、流れ込み式の多くは”マイクロ水力発電”または、”小水力発電”と呼ばれており1000kW以下の出力で発電する水力発電を指しています。
よって、農業用水路のような少ししか水が流れない場所でも設置できるのも特徴です。

 

調整池式(小規模ダム)

川の水を貯める調整池を設置し、その中に1日~1週間分程度の発電用の水を溜めて発電する方法です。
1日の中で電力使用料が多くなる時間帯に、溜めた水の流量を調整することで、発電量を調整します。
調整池式は、流れ込み式より効率的に発電でき、電力需要の変化に対応できるといったメリットがあります。

 

貯水池式(ダム)

貯水池式とは、ダムのことで、河川をせきとめ、梅雨の時期や台風の時の大雨の満水期に貯水しておき、電力の需要が高まる夏場、または冬場に放水して発電します。
デメリットとして、日本では短い河川が多くダムを設置できるような河川が少ないこと、ダムを建設することにより大雨などの自然災害で周辺地域の水没、水没による環境変化などが挙げられます。

揚水式(揚水発電)

水力発電の下と上にダムを設置し、電力消費の多い時間帯に、上から下へと水を落とし発電し、電力消費の少ない時間帯に、下に流した水を上のダムへ汲み上げる仕組みです。
揚水式は、エネルギーの消費が多く効率的ではありませんが、いつでも発電を行えるので蓄電池として捉えることも可能です。

 

水力発電のメリットは?

水力発電のメリットはどのような事があるのでしょうか?

発電、管理のコストが安い

水力発電は、火力発電や原子力発電に比べて、管理、発電、維持のコストが安く済みます。火力発電は石炭や石油が必要で、原子力発電にはウラン燃料が必要となります。
こういった原料は全て有料なので、コストがかかってしまいます。
それに比べ、水力発電は原料が水であるため無料です。
また、日本の場合、水の資源が豊富にあるため、水力発電の相性がとても良いとされています。

 

温室効果ガスを排出しない

水力発電は、温室効果ガスを排出しないエネルギーでとても環境によく、世界で地球温暖化を止める動きの中で大きなメリットです。
今後、水資源の豊富な日本では水力発電がますます重要になってきます。

 

エネルギー変換効率が高い

このエネルギー変換効率が高いと、無駄なく発電が行えるということになるのですが、水力発電のエネルギー変換効率は80%ほどで、火力発電や原子力発電などの再生可能エネルギーと比べても、高効率です。

 

電力の需要増減に対応可

揚水式の水力発電は、電力の需要によって発電を増やしたり、発電を止めたりと柔軟に対応ができます。
水力発電の、”貯めておける”という点は、他の再生可能エネルギーではないメリットです。

 

水力発電のデメリットは?

次は、水力発電のデメリットについて解説していきます。

建設にかかる初期コストが高い

水力発電は、メリットとして、発電や管理のコストが安いといったことが挙げられますが、初期コストはとても高く、ダム式の水力発電を行う場合はダムの建設費用がかかり、多額の費用がかかり、ダムの規模によっても変わってきますが、富山県で有名な黒部ダムの建設費用は513億円以上とされています。

 

住民や環境に影響がある

ダムを設置することによって、大雨などの自然災害でダムが決壊し広範囲が水没してしまい、その地域に住んでいる人が移住してしまうことや、自然環境が破壊されたりしています。
そういった背景から、世界で”脱ダム宣言”が発足し、反対運動が強くなっています。

 

発電量が降水量によって変わる

水力発電の発電を行うには、水が必要不可欠です。
そのため、雨が少なく水不足になると、ダムや川の水が減ってしまい、発電量が落ちてしまう可能性があります。

 

水力発電にかかる費用

水力発電の初期費用は、ダムのサイズや規模感によっても変わりますが、出力が100kWの規模であれば、設置費や人件費や土地代など合わせて1億~1億6000万円程度が相場と言われています。
ただ、こちらの金額に関しては業者によっても開きがかなりあるので、問い合わせてみることをおすすめします。

 

水力発電の事例

実際の水力発電の事例を紹介していきます。

黒部川第四発電所

黒部川第四発電所

出典:主な水力発電所|関西電力の水力発電所|水力発電|再生可能エネルギーへの取組み|エネルギー|事業概要|関西電力

通称、”クロヨン”と呼ばれており、多くの人に親しまれています。513億の工費がかかっており、国内でも最大規模のダムとされています。

 

嵐山保勝会水力発電所

嵐山保全保勝会水力発電所

出典:小水力発電の導入事例 Case01:嵐山保勝会水力発電所|全国小水力利用推進協議会

 

京都の観光地である、嵐山にマイクロ水力発電が設置されており、嵐山の照明の電力は、嵐山に流れる水の力で作られています。

 

まとめ

ここまで水力発電について解説していきました。
水力発電を導入することで、環境を汚染せずに電気を作り出すことが可能ですが、多額の初期費用がかかってしまいます。
そこでおすすめなのが太陽光発電です。
水力発電に比べ初期コストが安く、日本では特に設置できる場所も多いためお手軽に設置できます。

当社では太陽光発電を設置する際に必要な、フェンスや防草シートをすべて取り揃えており、設置も一貫して行う事ができます。
ぜひ、一度HPからお問い合わせください。

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この記事を書いた人

久野 将成

フェンス一筋数年。IT界からフェンス界に転生した久野です。
太陽光フェンスやアニマルフェンスについてのウンチクを中心に書いていきます。

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