水力：特性、機能、利点、用途 - 環境 - 2025

油圧動力は能力であるので生産作業に水それらの潜在的な運動エネルギーに基づいて動き、光及び熱の形態。また、クリーンで高性能な再生可能エネルギーと見なされています。

このエネルギーは、流れ、水が移動する地面上のポイント間の不均一性、および重力によって決まります。古くから人間がさまざまな仕事をするために使用してきました。

イタイプダム（ブラジルおよびパラグアイ）。出典：Angelo Leithold

油圧エネルギーの最初の用途の1つは、水流を利用して水車に電力を供給することでした。このようにして、歯車を使用して、石臼を脱穀小麦に移動させることができます。

現在、最も関連するアプリケーションは、水力発電所または水力発電所による電気エネルギーの生成です。これらのプラントは基本的に、ダムとタービンとオルタネーターのシステムで構成されています。

ダムの水路の2つのレベルの間（ジオデシック不均一）に水がたまり、重力ポテンシャルエネルギーが生成されます。続いて、水の流れ（運動エネルギー）がタービンを作動させ、そのエネルギーをオルタネーターに伝達して電気エネルギーを生成します。

水力エネルギーの利点の中には、他のエネルギー源とは異なり、水力エネルギーが再生可能で無公害であることです。一方、収率は90〜95％と非常に効率的です。

水力発電所の環境への影響は、温度の変化と水路の物理的変化に関連しています。同様に、機械からろ過された廃油と脂肪が生成されます。

その主な欠点は、広い範囲の土地の洪水によって引き起こされる物理的な変化であり、自然の流れと河川のコースが変化します。

世界最大の水力発電所は、中国の長江にある三峡です。他に重要な2つは、ブラジルとパラグアイの国境にあるイタイプーとベネズエラのシモンボリバルまたはグリ水力発電所です。

特徴

水力エネルギーの源は水であり、水循環が変化しない限り、再生可能エネルギーと見なされます。同様に、固形廃棄物や汚染ガスを発生させずに作業を行うことができるため、クリーンエネルギーと見なされます。

パフォーマンス

エネルギー効率は、プロセスで得られるエネルギー量とそれに投資するために必要なエネルギーとの関係を指します。油圧エネルギーの場合、使用する水とタービンシステムの速度に応じて、90〜95％の性能が得られます。

水力発電はどのように機能しますか？

水力発電所のスキーム。ソース：ユーザー：トミア

太陽エネルギーの運動エネルギーへの変換

水力エネルギーの基礎は、太陽エネルギー、土地の地形、地球の重力です。水循環では、太陽エネルギーが蒸発を引き起こし、水が凝縮して地球上に沈殿します。

不均一な地面と重力の結果として、地表水流が地球の表面で発生します。このように、凹凸と重力の複合作用により、水の運動により太陽エネルギーが運動エネルギーに変換されます。

その後、水の運動エネルギーは、仕事をすることができる機械的エネルギーに変換することができます。たとえば、さまざまなデバイスを操作できる歯車システムに動きを伝達するブレードを動かすことができます。

水力エネルギーの大きさは、河床の2つの与えられたポイントとその流れの間の不均一性によって与えられます。土地の凹凸が大きいほど、水のポテンシャルと運動エネルギー、そして仕事を生み出す能力が大きくなります。

この意味で、ポテンシャルエネルギーとは、水域に蓄積するエネルギーであり、地面からの高さに関連しています。一方、運動エネルギーは、地形と重力の関数として水が落下運動で放出するものです。

水力発電による発電（水力発電）

落下する水によって生成される運動エネルギーは、電気エネルギーを生成するために使用できます。これは、水がたまり、さまざまな高さに保持されるダムを建設することによって達成されます。

したがって、水のポテンシャルエネルギーは、あるポイントと別のポイントとの間のレベルの差に直接比例し、水が落下すると、運動エネルギーに変換されます。その後、水は回転ブレードのシステムを通過し、回転運動エネルギーを生成します。

回転運動により、ミル、ホイール、オルタネーターなどの機械システムをアクティブ化できるギアシステムの移動が可能になります。水力発電の特定のケースでは、システムはタービンシステムと発電機を発電するために必要です。

タービン

タービンは、水力によって軸を回転させるブレードシステムを備えた水平軸または垂直軸で構成されています。

水力タービンには3つの基本的なタイプがあります。

ペルトンタービン

ペルトンタービン。出典：Robertk9410

それは完全に水没することなく機能する水平軸を備えた高圧インパルスタービンです。インペラには、一連の凹状のブレード（ブレードまたは歯）があり、これらは水ジェットによって駆動されます。

タービンに当たる水のジェットが多いほど、より多くの電力が生成されます。このタイプのタービンは、25〜200メートルの高さの滝に使用され、最大90％の効率に達します。

フランシス水車

フランシス水車。出典：元のアップローダーはドイツ語版ウィキペディアのStahlkocherでした。

縦軸の中圧反動タービンで、完全に水没した状態で作動します。インペラーは、ディストリビューターを通して導かれた水によって駆動されるブレードで構成されています。

高さ20〜200メートルの滝で使用でき、90％の効率に達します。これは、世界の大規模な水力発電所で最も頻繁に使用されているタイプのタービンです。

カプランタービン

カプランタービン。出典：TheRunnerUp

フランシスタービンの変形であり、垂直軸がありますが、インペラーは一連の操縦可能なブレードで構成されています。それは高圧反応であり、完全に水に沈められます。

カプランタービンは5〜20メートルの高さの滝で使用され、その効率は最大95％に達することがあります。

オルタネーター

オルタネーターは、電磁誘導によって機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する能力を持つデバイスです。したがって、磁極（インダクター）は、導電性材料（例えば、軟鉄に巻かれた銅）の交互の極を持つコイル内で回転します。

その動作は、一定の時間、可変磁場にさらされた導体が電圧を生成するという事実に基づいています。

利点

それは多くの肯定的な側面を持っているので、水力は広く使用されています。これらの中で強調できるのは：

経済的です

水力発電所の場合、初期投資は高くなりますが、一般的には長期的には安価なエネルギーです。これは、その安定性と低いメンテナンスコストによるものです。

さらに、養殖、ウォータースポーツ、観光の可能性を備えた貯水池によって提供される経済的補償を追加する必要があります。

再生可能です

水循環に基づいているため、再生可能で継続的なエネルギー源です。これは、化石燃料のエネルギーとは異なり、時間内に枯渇しないことを意味します。

ただし、その継続性は、特定の地域または全世界で変化していない水循環に依存しています。

ハイパフォーマンス

油圧エネルギーは非常に効率的であり、90〜95％の高性能を備えています。

汚染していない

このタイプのエネルギーは、水などの自然源を使用し、廃棄物や汚染ガスを生成しません。そのため、環境への影響が少なく、クリーンエネルギーの一種とされています。

貯水池の存在

貯水池が水力発電エネルギーの使用のために構築されている場合、これらには一連の追加の利点があります。

-彼らは川の流れを調整し、洪水を避けることができます。
-それらは、人間の消費、灌漑、および産業用の水の貯水池を表しています。
-レクリエーションエリアやウォータースポーツの練習に使用できます。

短所

降雨への依存

水力発電の制限は、降雨状況への依存です。したがって、特に乾燥した年には、水の供給が大幅に減少し、貯水池の水位が低下します。

水流が減少すると、電気エネルギーの生成が低下します。水力エネルギー供給に大きく依存している地域で問題が発生することができるような方法で。

川の自然な流れの変化

川にダムを建設すると、自然の流れ、洪水状況、減少（流れの減少）、堆積物引きずりプロセスが変化します。したがって、水生生物または水域の近くにある植物や動物の生物学に変化が生じます。

一方、ダム内の堆積物の保持は、河口での三角州の形成を変化させ、土壌状態を変化させます。

ダム決壊の危険

一部の水力発電ダムには大量の水が貯留されているため、擁壁や近くの斜面の違反は重大な事故を引き起こす可能性があります。たとえば、1963年の間にイタリアでVajontダム（現在は使用されていない）の斜面が発生し、2,000人が死亡しました。

用途

観覧車と水ポンプ

水の運動エネルギーによって駆動されるホイールの回転により、浅い井戸または水路から高所の水路または貯水池に水を引き込むことができます。同様に、ホイールによって生成された機械的エネルギーは、油圧ポンプを駆動できます。

最も単純なモデルは、流れによって駆動されると同時に水を集めるボウル付きのブレード付きホイールで構成されています。次に、彼らの回転で、彼らは水をタンクまたはチャネルに落とします。

ミルズ

2000年以上の間、ギリシャ人とローマ人は水力エネルギーを使用して工場を動かし、穀物を挽きました。水の流れによって駆動されるホイールの回転は、石臼を回転させる歯車をアクティブにします。

偽造

水力ベースの作業能力のもう1つの古代の用途は、鍛冶および冶金作業での鍛造ベローズの作動に使用することです。

油圧骨折

鉱業や石油では、水の運動エネルギーを利用して岩石を侵食し、岩石を破壊してさまざまな鉱物の抽出を促進します。このために、それがそれを侵食するまで基質に当たる巨大な加圧水大砲が使用されます。

これは土壌を破壊し、水路を高度に汚染する手法です。

フラッキング

石油業界で勢いを増している非常に物議を醸している技術は、失敗しています。それは、その除去を容易にするために、オイルとガスを含む岩盤の多孔性を増加させることから成ります。

これは、大量の水と砂を一連の化学添加剤と一緒に高圧で注入することによって達成されます。この手法は、水の消費量が多く、土壌や水域を汚染し、地質学的変化を引き起こすため、疑問視されてきました。

水力発電所

最も一般的な現代の使用は、発電所、いわゆる水力発電所または水力発電所を運転することです。

水力発電所の例

三峡

三峡ダム（中国）。出典：Le Grand Portage派生作：Rehman

三峡水力発電所は、中国の湖北省の長江沿いにあります。このダムの建設は1994年に始まり、2010年に完了し、1,045km²の浸水面積と22,500 MW（メガワット）の設備容量に達しました。

プラントには34基のフランシス水車（700 MWのうち32基、50 MWのうち2基）が含まれ、年間電力量は80.8 GWhです。構造と設置電力の点で世界最大の水力発電所です。

三峡ダムは、人口に深刻な被害をもたらすようになった定期的な川の洪水をなんとか抑制しました。また、地域の電力供給を保証します。

しかし、その建設により、約200万人が避難するなどのマイナスの影響がありました。さらに、絶滅の危機に瀕している中国の川のイルカ（Lipotes vexillifer）の絶滅に貢献しました。

イタイプ

イタイプダム。出典：Herr Stahlhoefer

イタイプ水力発電所は、パラナ川沿いのブラジルとパラグアイの国境に位置しています。その建設は1970年に始まり、1984年、1991年および2003年に3つの段階で終わりました。

ダムの浸水面積は1,350km²で、14,000 MWの設備容量があります。このプラントには、それぞれ700 MWの20個のフランシス水車が含まれており、年間電力量は94.7 GWhです。

イタイプは、エネルギー生産の点で世界最大の水力発電所と考えられています。ブラジルで消費される電力量の16％、パラグアイで76％を占めています。

その負の影響に関して、このダムは島の生態とパラナ川のデルタに影響を与えました。

Simon Bolivar（Guri）

シモンボリバル水力発電所（グリ、ベネズエラ）。出典：ワライラレパノ&グアイカイプロ

シモンボリバル水力発電所は、グリダムとも呼ばれ、ベネズエラのカロニ川沿いにあります。ダムの建設は1957年に始まり、最初の段階は1978年に完了し、1986年に完了しました。

九里ダムの浸水面積は4,250km²で、設備容量は10,200 MWです。そのプラントには21基のフランシス水車が含まれています（730 MWのうち10基、180 MWのうち4基、400 MWのうち3基、225 MWのうち3基、340 MWのうちの1基）

年間生産量は46 GWhで、構造と設備電力の点で世界で3番目に大きい水力発電所と見なされています。水力発電所はベネズエラが消費する電気エネルギーの80％を供給し、その一部はブラジルに販売されています。

この水力発電所の建設中に、ベネズエラギアナの生態系の広い範囲が氾濫しました。これは生物多様性の高い地域です。

今日、ベネズエラの深刻な経済危機により、このプラントの生産能力は大幅に減少しています。

参考文献

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