- 水力発電の「ダム式」「流れ込み式」「揚水式」の違いがわからない...
- 公式P=9.8QHηは覚えたけど、どう使えばいいの?
- 計算問題で単位変換のミスが多い...
結論から言うと、水力発電は電験三種の電力科目で最も得点しやすい分野です。
なぜなら、出題パターンが決まっているから。3つの発電方式の特徴を押さえ、公式P=9.8QHηを使いこなせば、ほぼ確実に得点できます。
この記事では、電験三種を一発合格した筆者が、水力発電の3つの方式を初心者でもイメージできるように図解し、計算問題の解き方まで完全解説します。
- ダム式・流れ込み式・揚水式の仕組みと違い(試験で問われるポイント)
- 公式P=9.8QHηの意味と使い方(単位変換も完璧に)
- 過去問レベルの計算問題の解き方(よくあるミスと対策)
目次
💧 水力発電とは？｜電験三種での位置づけ
水力発電とは、水が高いところから低いところへ流れる力(位置エネルギー)を使って電気を作る発電方式です。
イメージしやすい例で言うと、「滝の落下する力で水車を回して発電する」という感じですね。
電力科目ではほぼ毎年出題されます。特に「3つの発電方式の違い」と「計算問題(公式P=9.8QHη)」は頻出中の頻出です。
つまり、この記事の内容を押さえるだけで、電力科目で確実に5〜10点は獲得できるということです。
🏗️ 水力発電の3つの方式｜ダム式・流れ込み式・揚水式
水力発電には、大きく分けて3つの方式があります。それぞれの特徴を比較しながら見ていきましょう。
1️⃣ ダム式水力発電｜最もメジャーで安定した発電方式
ダム式水力発電は、ダムで水を貯めて、高いところから一気に落として発電する方式です。
イメージは「巨大な水タンクから水を落として水車を回す」という感じですね。
📌 ダム式の特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 仕組み | ダムで水を貯め、水圧管を通して水車に落とす |
| メリット | 貯水池があるため安定した発電が可能。発電量を調整しやすい |
| デメリット | ダム建設に莫大なコストと時間がかかる |
| 試験のポイント | 有効落差Hが大きい → 出力Pが大きくなる |
「ダム式は貯水池があるため、需要に応じて発電量を調整できる」という特徴が選択肢で問われます。
2️⃣ 流れ込み式水力発電｜小規模で環境に優しい
流れ込み式水力発電は、川の自然な流れをそのまま使って発電する方式です。
ダムのような大きな貯水池を作らず、「川の水を少し横に引いて、そのまま水車を回す」というイメージですね。
📌 流れ込み式の特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 仕組み | 川の自然流量をそのまま利用。貯水池はほとんどなし |
| メリット | 建設コストが安い。環境への影響が小さい |
| デメリット | 川の水量に依存するため発電量が不安定 |
| 試験のポイント | 流量Qが天候に左右される → 出力変動が大きい |
「流れ込み式は貯水池がないため、河川の流量変動に影響される」という特徴が正誤問題で出ます。
3️⃣ 揚水式水力発電｜電力の「貯金箱」として活躍
揚水式水力発電は、昼間は発電、夜間は水を汲み上げて貯める「電力の貯金箱」のような発電方式です。
イメージは「昼間は水を落として発電 → 夜間に安い電力で水を汲み上げる → また昼間に発電」というサイクルですね。
📌 揚水式の特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 仕組み | 上部貯水池と下部貯水池の間で水を循環させる |
| メリット | 電力需要のピーク時に即座に対応できる(起動が速い) |
| デメリット | 揚水に使う電力があるため総合効率は70%程度 |
| 試験のポイント | ピーク時の負荷調整に使われる(選択肢で頻出) |
「揚水式は昼間のピーク需要に対応するため、夜間に水を汲み上げる」という仕組みが選択肢で問われます。逆にしないように注意!
📊 3つの発電方式を比較表でまとめ
ダム式・流れ込み式・揚水式の違いを一覧表で整理しましょう。試験前にこの表を見直すだけでも得点アップにつながります!
| 項目 | ダム式 | 流れ込み式 | 揚水式 |
|---|---|---|---|
| 貯水池 | あり(大規模) | なし | あり(上下2つ) |
| 安定性 | ◎ 高い | △ 流量に依存 | ◎ 高い |
| 建設コスト | 高い | 安い | 高い |
| 用途 | ベース電源 | 小規模発電 | ピーク調整 |
| 試験頻度 | ★★★ | ★★☆ | ★★★ |
【電験三種】効率的な勉強法｜科目別の攻略順序 →
📐 水力発電の公式｜P = 9.8 × Q × H × η を完全攻略
それでは、電験三種で最も出題される計算公式を見ていきましょう。
P = 9.8 × Q × H × η
📚 各記号の意味
| 記号 | 意味 | 単位 | ポイント |
|---|---|---|---|
| P | 発電出力 | kW (または MW) | 求めたい答え |
| 9.8 | 重力加速度 | m/s² | 固定値(約10と覚えてもOK) |
| Q | 流量 | m³/s | 1秒間に流れる水の量 |
| H | 有効落差 | m | 水が落ちる高さ |
| η | 総合効率 | 無次元(0〜1) | 通常0.8〜0.9(80〜90%) |
🧮 例題で練習しよう
ある水力発電所で、流量Q = 10 m³/s、有効落差H = 50 m、総合効率η = 0.85 のとき、発電出力Pは何kWか?
💡 解き方
公式に数値を代入するだけです!
P = 9.8 × Q × H × η
P = 9.8 × 10 × 50 × 0.85
P = 9.8 × 10 × 50 × 0.85
P = 4,165 kW
答え: 4,165 kW (約4.2 MW)
- 単位変換ミス: kWとMWを間違える(1 MW = 1,000 kW)
- 効率の入力ミス: η=85%を「85」と入力(正しくは「0.85」)
- 9.8を忘れる: QとHだけ掛けてしまう
✅ まとめ｜水力発電は「3つの違い」と「公式」で満点を狙える
この記事では、電験三種の電力科目で頻出の水力発電の基礎を徹底解説しました。
- ダム式 → 貯水池があり安定発電。ベース電源に使われる
- 流れ込み式 → 貯水池なし。川の流量に依存するため出力変動が大きい
- 揚水式 → 昼間発電・夜間揚水。ピーク調整に使われる
- 公式P=9.8QHη → 単位変換に注意すれば確実に得点できる
水力発電は電力科目で最も得点しやすい分野です。3つの方式の違いと計算公式を押さえておけば、ほぼ確実に5〜10点は獲得できます。
次は火力発電や送電線の勉強に進みましょう。電力科目は積み重ねが大事ですので、焦らず一歩ずつ進んでくださいね!📘
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