水力発電所
水力学
管壁囲まれた水流ではどの断面を流れているときも流量は等しい。
Ｑ＝v1S1＝v2S2[m3/s]
例えばビール瓶のようなものを考えると、
細い部分（注ぎ口付近）の流れは速く、底付近の流れは遅い。
で、断面積は細い部分が小さく、底は大きい。
流れが速い×面積小さい＝流れが遅い×面積大きい
ベルヌーイの定理
流水のある点における位置水頭、速度水頭、圧力水頭の和は
エネルギー保存の法則により常に一定
（水頭とは、水の単位重量当たりの力学的エネルギーを水柱の高さで表したもの）
(h') + h + v^2/(2g) + p/(gρ) = 一定
位置水頭 速度水頭 圧力水頭
h':損失水頭[m]
h:位置水頭[m]
g:重力加速度9.8m/s2 v:流速[m/s]
ρ:水の密度[kg/m3] p:水圧[Pa]
水圧管で位置水頭がh1とh2という場合
h1 + v1^2/(2g) + p1/(gρ) = h2 + v2^2/(2g) + p2/(gρ)
となります。
年間の平均流量
１．流量曲線を用いる場合
年平均流量＝流量曲線の面積／３６５ [m3/s]
２．流量曲線を用いる場合
年間降水量をq[mm]、流量面積Ｓ[km2]、流量係数kとすると
年平均流量Ｑ＝(Sq×10^3)k/(365×24×60×60) [m3/s]
流水係数というのは流出量/降水量で求められる係数
なんで分母がこうなるかというと、年間の秒数
つまり、365(日)×24(時間)×60(分)×60(秒)だから。
水力発電所には主要なものとしてダム式、水路式、ダム水路式、揚水発電があります。
ダム式は両岸の岩が高い場所にダムを建設して人工湖を造り、落差を利用して発電する。
水路式は河川の上流に堤防を造り、長い水路で都合のいい落差が得られる場所まで導水し発電する。
ダム水路式はダム式と水路式の合体バージョン。ダムで溜めた水を下流に導水し発電する。
揚水発電は電気エネルギーを位置エネルギーとして蓄える方法を駆使した発電。
上部と下部に貯水池を造って、電力使用の少ない夜間に余った電力（原子力や火力などの電力）で下部の貯水池の水を上部に汲み上げる。そして、ピーク負荷時（だいたい１０時〜１６時頃？）にその水で発電する。
ダムの種類としては、コンクリート重力ダム、アーチダム、フィルダムなどがあります。
ダム水路式の水の基本的な流れは
「ダム→取水口→導水路→サージタンク→水圧鉄管→放水路」
です。
サージタンクは、水車の負荷変動により発生する水撃作用の悪影響を防ぐために設置する。
水撃作用対策としては、発電機のはずみ車効率を大きくするのも有効。
水車の種類
衝動水車：水流の速度水頭を利用する水車
反動水車：水流の圧力水頭を利用する水車
衝動水車はペルトン水車だけで、反動水車はフランシス水車、斜流水車、プロペラ水車などがある。
構成機器としては、バケット、ニードル、デフレく多、ジェットブレーキ、ガイドベーンなど。
で、ガイドベーンなんですが反動水車にだけ設置されています。
つまり、ペルトン水車にはないです。
「ところで、ガイドベーンって何だ？」ということになりますが、
ガイドベーンはランナへの流水量を調整するものです。
「ランナって何だ？」ということになります。
タービンです。
以上！
水車の比速度
Ｎs ＝ Ｎ√Ｐ／Ｈ^(5/4) [m/kw]
Ｎ ＝ 120f／p [min^-1]
Ｎ：回転速度(同期速度)[min^-1]、Ｈ：有効落差[m]、Ｐ：出力[kW]
ｐ：磁極数[極]、ｆ：周波数[Hz]
比速度の大きいものほど高速で小型なものになる。
落差（大きい順→） ペルトン フランシス 斜流 プロペラ （←大きい順）比速度
落差と比速度は逆の関係です。
水力発電所の出力
理論出力 Ｐ0＝9.8ＧＨ[kW] 現実には有り得ない 0は単なる添え字
水車出力 Ｐt＝Ｐ0ηt[kW] 「η」は「イータ」、tは単なる添え字
発電機出力 Ｐg＝9.8ＱＨηtηg＝Ｐ0ηtηg[kW] gも添え字
有効落差 Ｈ＝Ｈ0−ｈ[m]
年間発電電力量 Ｗ＝Ｐg×利用率×８７６０[kW/h]
有効落差がＨ1からＨ2に変化した場合
回転速度はH2/H1の1/2乗になる。
流量はH2/H1の1/2乗になる。
出力はH2/H1の3/2乗になる。
揚水発電所
揚水電力Ｐm＝9.8Ｑ(Ｈ0＋ｈ)／ηpηm [kW]
発電電力はＰg＝9.8Ｑ(Ｈ0−ｈ)ηtηgなので、
総合効率ηはη＝{(Ｈ0−ｈ)/(Ｈ0＋ｈ)}ηpηmηtηg
となります。
次回は汽力発電所の予定です。
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