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【水力発電の仕組みを理解しよう!】再生可能エネルギーとして注目されている水力発電とは?

再生可能エネルギーとして注目されている水力発電とは?

現在、日本にとどまらず、世界的にも地球温暖化が問題視されています。
二酸化炭素などの温室効果ガスが排出されることにより、地球全体の気温が上がってしまうのが地球温暖化です。
地球の温度が上がってしまうことで異常気象や海水面の上昇など多くの問題が発生してしまうのです。
そこで、世界的に温室効果ガスの排出を抑える取り組みが行われています。

その取り組みの一つが再生可能エネルギーです。
再生可能エネルギーはさまざまな種類がありまずが、この記事では水力発電についてご紹介します。
水力発電は二酸化炭素の発生を抑えることができ、地球に優しいのです。

水力発電のメリットやデメリット、仕組みなどご紹介します。

【水力発電の仕組みを理解しよう!】再生可能エネルギーとは?

再生可能エネルギーとは?

生活しているなかでエネルギーは欠かせない存在です。
現在の日本ではエネルギー源のほとんどは石油・石炭・天然ガスなどの限りがあるものです。
これらは日本で手に入れることができない資源のため海外から輸入しているのが現状で、エネルギー自給率はかなり低いと言えます。
エネルギー自給率が低いだけでなく、石油や石炭などは温室効果ガスと言われる二酸化炭素を排出するエネルギー源です。

一方で再生可能エネルギーと呼ばれるものは資源に限りがあるものではありません。太陽光や水力、風力など自然の力を利用してエネルギーを生み出しているのです。
また、再生可能エネルギーは地球に優しいことでも注目されています。

エネルギー資源が枯渇することがない、かつ、二酸化炭素を排出しないというのが再生可能エネルギーの大きな特徴なのです。
日本でもこの再生可能エネルギーに注目し、国を上げて地球温暖化対策に取り組んでいます。

【水力発電の仕組みを理解しよう!】再生可能エネルギー【水力発電】

再生可能エネルギー【水力発電】

ご存知の通り、日本は海に囲まれ、山や川と自然が豊かな地域です。
海へと続く河川も多く存在しているおり、「水資源」に大変恵まれた国であると言えます。
その水資源は国内で発生、利用することのできる再生可能エネルギーの一つなのです。
日本国内で完結することのできるエネルギー源で、かつ、二酸化炭素を排出しない水力発電は日本でもニーズが高まってきています。

水力発電は高いところから水を勢いよく落とすことで水車を回し発電する方法です。
ダムなどが主な発電場所となり、大規模水力と呼ばれています。
最近ではダムのような大きな施設だけでなく中小施設でも発電できないかと取り組まれています。
ダムなどの大きな設備を日本でこれ以上増やすのは難しいとされており、中水力や小水力、揚水式水力などの他の発電方法が有力視されています。

【水力発電の仕組みを理解しよう!】水力発電の仕組みと特徴とは

水力発電の仕組みと特徴とは

高い位置から水を落とすことで発電するのが水力発電であるとご説明しました。
そのためにはいくつかの設備が必要になるのです。
まずはダムのような水を貯めることのできる設備が必要になります。貯水池のような水を貯められる設備から、取水口を通り、水圧鉄管を通じて水車まで水を送ります。この水車は発電機とつながっており、発電された電気はそのまま開閉所を通って電気として利用されます。
水車を回した後の水はそのまま川へと放出されていきます。このように電気を発電する仕組みの中で二酸化炭素が発生するタイミングはありません。
山の上に貯められた雨水や川の水の勢いを利用して発電されるのです。

水力発電は環境にやさしいとご説明しました。資源は水なため何かを燃焼するようなことがなく、二酸化炭素は排出されません。また、設備や運用するにあたって排出される二酸化炭素も非常に少なく、再生可能エネルギーの中でも特に二酸化炭素の排出が少ないことで注目されています。

また、水力発電の仕組みは日本では古くから活用されてきました。日本は山が多く、河川も流れており、雨も降ります。そんな日本の環境や地形は昔から利用されてきました。今後ももっと発展するのではと考えられています。

水力発電が注目されている理由の一つに発電や管理にかかるコストが安いこともあげられます。資源の水は自然の恵みです。燃料を買ったりするコストがかかりません。また施設自体も火力発電や原子力発電に比べて複雑ではないため、低コストで済むのです。

他にもエネルギー変換効率が水力発電は高いことも特徴の一つです。
他のエネルギーをどれくらい電気に変えることができるのかを示す変換率は、発電にどれくらい無駄がないかを表す数字でもあります。水力発電はこのエネルギー変換効率が80%ほどと言われており、再生可能エネルギーだけでなく、火力発電などの主力発電方法よりも高い数字です。無駄なく発電できるのも水力発電の特徴でしょう。

【水力発電の仕組みを理解しよう!】水力発電の発電方法とは

水力発電の発電方法とは

水力発電の仕組みはほとんど一緒です。しかし、水力発電と一言に言っても種類や運用方法によって分けることができます。
まず分けられるポイントとしては、構造物です。水を上から落とす構造はいくつかあります。それらは落差によって三つに分けられます。

ダム式
一般的な水力発電はダム式での発電です。ダムを建設して、河川の流れを止める設備とします。ダムによって人工的な貯水池ができるのです。そのダムの真下に水車と発電所を作ってそこで発電します。ダムの中にはパイプが通っており、水車を回すのです。

水路式
ダムではなくても水力発電をすることができます。河川を流れる水の一部を取り入れて、落差のあるところまで導いてから河川に戻すことで発電します。

ダム水路式
ダム式と水路式を組み合わせた方法です。ダムによって貯められた水を水路を通して落差のあるところまで導いてから発電します。水力発電で難しいところは落差です。落差を出すために設備を建築したり、日本の地形を利用して落差のあるところまで水をもっていったりという方法をとっているのです。

水力発電は水を使用するため、コントロールする必要があります。その水の運用の方法でも分類することができます。
運用方法は大きく分けて四つです。

・流れ込み式
・調整池式
・貯水池式
・揚水式

この運用方法と、先ほどご紹介した構造物によって発電所の特徴も変わってきます。その土地の状況をうまく活用できる方法で水力発電は取り組みされているのです。

【水力発電の仕組みを理解しよう!】水力発電の抱える問題とは

水力発電の抱える問題とは

水資源に恵まれた日本において注目されている水力発電。多くのメリットがある一方で抱えている課題点も多く存在します。

水力発電はどうしてもダムなどの大きな設備を必要とします。流れている河川を堰き止めるため環境破壊に繋がる可能性もあるのです。また、ダムを建設することで下流の人たちにも影響を与えます。ダムを新たに建設するとなった場合は長い年月をかけて自然環境や水利権について検討する必要があります。

また、ダムや発電所、ポンプなどの設備関係はメンテナンスが必要です。自然の力を使用するため魚や虫、砂などの異物混入などが考えられるためです。これらのメンテナンス費用も課題の一つだと言えます。

水力発電の仕組みを理解しよう!

いま、世界中で温室効果ガスの排出削減に向けて取り組まれています。二酸化炭素などの温室効果ガスの排出を抑えることで地球温暖化に向き合っているのです。
そこで日本では水力発電に力を入れています。河川や山、雨など環境に恵まれた日本において水力発電は自国で完結できるエネルギー源なのです。
課題を抱えながらも、二酸化炭素を排出しない、エネルギー資源が枯渇することのない水量発電のこれからの発展を期待しましょう。

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記事の監修: 産廃のはてな編集部
「産業廃棄物に関する知識をもっと身近に!」をモットーに、産廃関連の疑問点や不明点を解決する情報メディア「産廃のはてな」でライターとして活動。3年以上におよぶブログ運営の情報を発信しています。