水力発電の仕組みとは？メリットとデメリット、水力発電の歴史について解説！

水力発電としくみ

水力発電は通常、高い所から低い所へ水を落とした際に発生する力を利用して発電します。例えると滝のようなものとイメージして下さい。高い所から水を落とした水が下にあるタービンと呼ばれる水車に当たり、水車が回。その水車に発電機がつながっており、電磁誘導の力で電気エネルギーが生まれるのです。

水力発電は3つの分類に分けられます。

• ダム式
ダムに溜まった水を放出する時の力で発電します。
• 水路式
上流の川を一部堰き止めて、そこから水を汲み上げて水を流します。
• ダム水路式
ダム式と水路式が組み合わさったもので、ダムに溜まっている水を汲み上げて流す方法です。

水力発電の運用方法

水力発電の運用方法も状況に応じて4つに分かれます。

・流れ込み式川の水をそのまま活用します。
・調整池式は一時的に貯めておいた水を局所的に発電させる場合に用いる方法です。
・貯水池式は梅雨時期など雨量の多い時に水を溜めておいて夏場など、電気の使用量が多い時に放出する方法です。
・揚水式は低い位置に溜めている水を高い位置まで汲み上げて放出する方法で、これらの運用方法は適宜使い分ける事で効率よく発電させる事が可能です。

水力発電による3つのメリット

1番大きなメリットは、燃料を必要としないため、環境に優しいことです。温室効果ガスを減らすことはカーボンニュートラルの実現に重要なポイントです。
二つ目は、持続可能エネルギーであること。風力発電も同様に、地球からなくなることはない資源なので、燃料の高騰などで電力の高騰につながることもありませんし、天候に左右されず安定した電力の供給を実現できます。
三つ目は、水力発電は他の発電方法と比較して、エネルギーの交換効率が1番優れていることです。交換効率が優れていると、エネルギー自体の損失が少なくなるので、より安定した発電をする事が可能となります。

水力発電のデメリット

水力発電のデメリットは、ダムの建設や手続きに多額の費用が掛かることです。広大な土地が必要であり、事務手続きも煩雑なため、完成までに長い時間がかかります。また、近年は猛暑が長く続くことが増え、水不足が叫ばれています。雨が少ないと水力発電の本領を発揮することができません。水不足が農作物に影響を与えるように、電気にも大きな影響を与えます。このようい、地球温暖化は様々な分野に影響を与えていると言えるでしょう。

水力発電の歴史

1840年にイギリスの発明家が水力発電機を発明して、1878年に世界で初めて水力発電による照明の点灯が成功しました。その後、世界中に広まり、日本では1891年に琵琶湖の疏水を利用して運用が開始されます。1950年代は水力発電が日本の発電割合の8割弱を占めていましたが、現在は火力発電や原子力発電の割合が高くなり、2005年では発電割合全体の8%程度まで低下しました。

水力発電装置を作ってみよう

動力が風から水圧になるだけで以前解説した風力発電装置とほとんど同じ要領で水力発電装置も作る事ができます。作り方や材料についてはこちらの記事を参照して下さい。

プロペラ部に水圧を与えることで発電できるため、ペットボトルなどに水を入れて、その水をプロペラ部に落として回転させましょう。

まとめ

水力発電は環境に優しく尽きる事のないエネルギーですが、原子力発電などと比較すると安定性に欠ける部分があり、今必要な電力を賄うには水力などの他の発電方法だけでは足りないと言われています。しかし、震災などで原子力発電所が被害を被ると電力以前に私たちの生活自体に大きな影響を及ぼします。そのような観点から脱原発の動きが活発になっていますが、再生可能エネルギーをもっと活用して、安定した電力の確保ができるかが、これからの大きな課題となるでしょう。