水力発電とは？仕組み・メリット・課題をわかりやすく解説
水力発電は、水の持つ位置エネルギーや流れの運動エネルギーを使って発電機を回し、電気を作る仕組みです。一般的には、川をせき止めてダムをつくり、貯水池を作って水をためます。必要に応じて放水すると、貯水池の水がダムの背後にかかる圧力で導水管（導水路）を通り、タービンに水が当たって回転します。タービンの回転が発電機（発電機）を回し、電気が生み出されます。
仕組みのポイント（簡単に）
- 落差（ヘッド）と流量：発電量は「落差（高低差）」と「流れる水の量（流量）」で決まります。落差が大きく流量が多いほど大きな発電が可能です。
- タービンの種類：用途に応じてペルト（高落差向け）、フランシス（中落差向け）、カプラン（低落差・可変流量向け）などが使われます。
- 揚水式（ポンプ蓄電）：需要が低い時間帯に余剰電力で水を上流の貯水池に汲み上げ、需要が高いときに下流に放水して発電する方式は大規模なエネルギー貯蔵として機能します。
- 小水力・流れ込み式：ダムを作らず河川の流れを利用する「常流水力」や、農業用水路に設置する小規模発電（小水力）もあります。
メリット
- 再生可能で低炭素：再生可能エネルギーはの一つで、運転中のCO2排出は非常に少なく、蒸気を使う火力発電などに比べて公害も少ない。
- 出力調整が容易：タービンの回転を速くしたり遅くしたりして電力の出力を迅速に変えられるため、電力系統の周波数調整やピーク需要対応に有利です。
- 長寿命で維持管理が比較的容易：適切に管理すれば数十年にわたって稼働可能で、発電コストは長期的に見て競争力があります。
- 多目的利用：貯水池は発電のほかに治水、灌漑（かんがい）、上水供給、レクリエーションなどにも使えます。
- 蓄電・系統安定化：揚水式は大容量の蓄電として再生可能エネルギーの変動を吸収し、系統の安定化に貢献します。
課題・デメリット
- 環境影響：ダムや貯水池は河川の流れや生態系を大きく変え、魚類の遡上（遡上阻害）、生息域の喪失、温度・水質変化、堆積物の停滞などを引き起こします。これらを軽減するために魚道や流量管理、堆砂対策が必要です。
- 社会的影響：貯水池造成に伴う住民の立ち退きや文化財の喪失、農地の減少など社会的コストが発生する場合があります。
- 初期コストと建設リスク：大規模ダムは建設費が高く、地質や地震リスク、建設期間中の環境・社会影響評価が重要です。
- 水 availability の変動：気候変動による降水パターンの変化で流量が不安定になり、発電量が影響を受ける可能性があります。
- 堆砂と劣化：河川から流れてくる土砂が貯水池に堆積すると貯水能力や発電効率が低下し、対策が必要になります。
- 災害リスク：ダム決壊や異常放流が起きると下流域に重大な被害をもたらすため、安全対策と監視が不可欠です。
運用と対策
- 環境への影響を抑えるために環境流量（河川の最低流量）を確保したり、魚道や階段式の導流構造、堆砂を除去する装置を導入したりします。
- 社会的影響に対しては事前の住民合意形成や補償、代替地の提供などの手続きが重要です。
- 気候変動を考慮した水資源管理や多様な再エネと組み合わせた運用（需給調整）でリスクを分散します。
水力発電は、ノルウェーやケベック州などで電力の大部分をまかなっている例があるように、安定した基幹電源として重要な役割を果たしてきました。一方で環境や社会への影響が大きいため、計画・設計・運用には綿密な調査と対策が求められます。将来的には、より影響の小さい小水力や既存施設の効率化、揚水式の活用などを通じて、再生可能エネルギーの中で重要な位置を保つと考えられます。
ドイツにある水力発電所
水の落ちるエネルギーは、何千年も前から人類に利用されてきました。
水力発電所
| 順位 | 駅 | 国名 | 所在地 | 容量(MW) |
| 1 | 30°49′15″N 111°00′08″E / 30.82083°N 111.00222°E / 30.82083; 111.00222 (三峡ダム) | 22,500 | ||
| 2 | イタイプー | 25°24′31″S 54°35′21″W / 25.40861°S 54.58917°W / -25.40861; -54.58917 (イタイプーダム) | 14,000 | |
| 3 | Xiluodu（建設中） | 28°15′52″N 103°38′47″E / 28.26444°N 103.64639°E / 28.26444; 103.64639 (Xiluodu Dam) | 10,780 | |
| 4 | グリ | 07°45′59″N 62°59′57″W / 7.76639°N 62.99917°W / 7.76639; -62.99917 (九里ダム) | 10,235 | |
| 5 | トゥクルイ | 03°49′53″S 49°38′36″W / 3.83139°S 49.64333°W / -3.83139; -49.64333（トゥクルイ・ダム） | 8,370 | |
| 6 | 47°57′23″N 118°58′56″W / 47.95639°N 118.98222°W / 47.95639; -118.98222 (グランドクーリーダム) | 6,809 |
水力発電のメリット
電気の作り方は、石油や石炭などの化石燃料のように環境を破壊することはありません。水力発電はとてもパワフルで安全、そして廃棄物を出しません。水力発電のダムの重要な利点は、ピーキング発電所として利用できることです。電力需要が減少したとき、ダムは単に水を多く貯めるだけです。貯水池に貯めた水は必要な時に放流（手放す）することができるので、エネルギーを素早く作ることができる。水力発電の中には、揚水発電を使って、余ったエネルギーを（多くは夜間に）貯めるものもあります。電気を使って水を水槽に汲み上げることで、エネルギーを貯めているのです。需要が増えたときに発電することができる。このような柔軟性があるため、水力発電は制御性の低い間欠的エネルギー源との相性も良い。風が吹いていないとき、太陽が照っていないとき、水力発電は可能なのだ。
実際には、河川ダムの貯水利用は、ピーク時の電力需要とは異なる位相で発生する灌漑需要によって複雑になることがある。
また、水力発電は水量がある限り枯渇することがないという利点もあります。ダムができれば、電気代はほとんどかからず、廃棄物や公害も発生せず、必要なときにいつでも発電できる。
ダムを持たず、「川の流れ」を利用する水力発電機もいくつかある。発電量は少なく、エネルギーを蓄えておくことができない。
水力発電のデメリット
水を溜めるための大きなダムを作ると、環境にダメージを与えることがあります。1983年、オーストラリア政府は、タスマニア州のゴードン川にダムを建設することを、市民の大きな抗議を受けて阻止しました。このダムはフランクリン川を氾濫させるところだったのです。中国の三峡ダムは世界最大の水力発電プロジェクトであり、あらゆる種類の発電所の中で世界最大のものです。このダムによって広大な地域が水没し、120万人が移動しなければならなくなったということです。科学者たちは、汚染、沈泥、ダム壁の崩壊の危険性など、ダムに関する多くの問題を懸念しています。
質問と回答
Q:水力発電とは何ですか?
A:水力発電とは、水の動きで発電機を回して作る電気のことです。
Q:どうやって作るの?
A:通常、川の一部をダムで塞いで貯水池を作ります。放流した水は、ダムの圧力でパイプを通り、タービンを回して発電機を回し、電気をつくります。
Q:世界の電力の何パーセントを生産しているのですか?
A:この再生可能エネルギー方式は、世界の電力の約6分の1を作り出しています。
Q:他の方法より公害が少ないのですか?
A:はい、蒸気機関より公害が少ないです。
Q:電力のほとんどを水力発電でまかなっている地域もあるのでしょうか?
A:はい、ノルウェーやケベック州など、電力のほとんどをこの方法で得ているところもあります。
Q:どの国にも、いくつかの発電方法があるのですか?
A:はい、どの方法にもメリットとデメリットがあるので、ほとんどの国がいくつかの方法で電気を作っています。
Q:現在、多くの国で、水力発電が一般的に好まれているのでしょうか?
A:はい、今日、ほとんどの国で、水力エネルギーは好ましい方法、または好ましい方法の1つです。
