令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問10 解説 問1 問1

水力発電所は、発電の基本原理である位置エネルギーを確保する仕組みと、河川流量をどれだけ制御できるかという運用上の制約によって分類されるため、(ア)には落差、(イ)には流量、(ウ)には流込み式、(エ)には高落差を得にくい、(オ)には調整池式が当てはまります。

水力発電所の分類と原理

水力発電の出力 $P$ は、重力加速度を $g$、水の密度を $\rho$、有効落差を $H$、使用水量を $Q$、水車および発電機の効率を $\eta$ とすると、$P = 9.8 Q H \eta$ [kW] という式で表されます。この式が示す通り、水力発電において最も重要な要素は、位置エネルギー源となる落差 $H$ と、投入されるエネルギー量に直結する流量 $Q$ です。

発電所は、この落差をどのように確保するかという土木構造上の分類（水路式、ダム式、ダム水路式）と、供給可能なエネルギーをどのように時間制御するかという運用上の分類（流込み式、調整池式、貯水池式、揚水式）に大別されます。特に運用の分類は、川から流れてくる水に対して、どれほどの規模の池（貯水設備）を備えているかに依存します。

発電方式の判断手順

1. (ア)と(イ)を特定する 発電所の構造分類において、ダムの高さや水路の経路は水の位置エネルギー（落差）を決定づけます。一方で、運用上の分類は、発電に供する水量を時間的に制御する（流量の調整）ことが目的です。したがって、(ア)には落差、(イ)には流量が入ります。

2. (ウ)を特定する 河川の自然流量をそのまま利用し、貯水機能を持たない発電方式は流込み式と呼ばれます。これは川の流れに直接水車を設置するような構造であるため、流量が少ないときには出力が低下します。

3. (エ)を特定する 水路式は、川の流れに沿って水路を掘削し、長い距離をかけて少しずつ標高を下げて落差を確保する方式です。これに対し、ダム式は川をせき止めて急峻な標高差を一気に作り出すため、水路式はダム式に比べて地形的な制約から大きな（高い）落差を得ることが構造的に難しくなります。

4. (オ)を特定する 1日や数日程度の短い期間の流量変化を吸収し、電力需要に合わせて放流できる池を持つものは調整池式と呼びます。なお、季節単位のような長期的な調整を行う場合は貯水池式に分類されます。

水路の勾配とダムによる貯水空間の広がりを頭の中で描きながら、それぞれの発電方式が川のエネルギーをどう変換しているかを見つめ直すと、各方式の役割の違いが浮かび上がってきます。

参考リンク

• 水力発電所の種類（電気の資格独学ブログ）
• 揚水発電の仕組みを模型で理解する（YouTube）
• 水力発電（電気学会 電気工学用語解説）