調整池式水力発電所

水力発電所については「電力」の科目での出題が主ですが、調整池式水力発電の計算問題が「法規」の科目でも出題されることがあるので、この項では、調整池式水力発電の計算方法について解説します(本項の内容は、電力分野の水力発電の出力のページと重複する部分が多々あります)。

まず、水力発電は水の位置エネルギーを電気エネルギーに変えるものなので、水車の理論水力は位置エネルギーで決まります。理論出力をP_oとすると、以下のような式が書けます。

• P_o：理論出力[kW]
• Q：流量[m³/s]
• H：有効落差[m]

位置エネルギーといえばmghを思い出すかもしれませんが、これと上式はまさに同じです。

mghのmは重量[kg]のことです。上式では流量がそれに対応します。流水は定量的な重さというのがないので、1秒あたりの体積[m³/s]を単位としています。水の密度は1000[kg/m³]なので、流量は1000Q[kg/m³]と書くこともできます。

mghのgは重力加速度9.8[m/s²]です。上式ではすでに数字で表記しています。

mghのhは高さで、上式では有効落差Hに対応します。

しかし、ここまでは理論的な話でした。実際には100%の効率で発電できるわけではなく、水車のところでも、発電機のところでもロスが生じます。

水車でのエネルギー損失を加味した効率を水車効率η_tといい、発電機でのエネルギー損失を加味した効率を発電機効率η_gといいます。これを合わせたη_t・η_gが総合効率ηとなります。

以上より、実際の発電機出力をPとすると、以下のような式が書けます。

この式を公式として覚えておくと、計算問題の際に便利です。