《電力》〈水力〉[R4上:問1]水力発電所における水車の特徴及び監視制御方式に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

水力発電に関する記述として，誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

(1)　水車発電機の回転速度は，汽力発電と比べて小さいため，発電機の磁極数は多くなる。

(2)　水車発電機の電圧の大きさや周波数は，自動電圧調整器や調速機を用いて制御される。

(3)　フランシス水車やペルトン水車などで用いられる吸出し管は，水車ランナと放水面までの落差を有効に利用し，水車の出力を増加する効果がある。

(4)　我が国の大部分の水力発電所において，水車や発電機の始動・運転・停止などの操作は遠隔監視制御方式で行われ，発電所は無人化されている。

(5)　カプラン水車は，プロペラ水車の一種で，流量に応じて羽根の角度を調整することができるため部分負荷での効率の低下が少ない。

【ワンポイント解説】

水力発電所の水車の特徴及び監視制御方式に関する問題です。
各選択肢，内容が多岐にわたるためここでは全ての選択肢に関して細かく説明しませんが，いずれも重要な内容となりますので，わからない選択肢はテキスト等で復習して理解するようにして下さい。

1.衝動水車
水のもつ位置エネルギーを運動エネルギーに変え，流水をランナに作用させる水車を衝動水車と言います。
代表的なものにペルトン水車があり，下図に示すように主にノズル，ニードル，ランナ等から構成され，ノズルから水を噴射し，ランナを回転させます。水量は主にニードルで調整します。

出典：長野県ＨＰ

2.反動水車
水のもつ位置エネルギーを圧力エネルギーに変換し，ランナに作用させる水車を反動水車と言います。
代表的なものにフランシス水車があり，下図のようにガイドベーンとランナの羽根の開度で出力を調整します。他にもランナを通過する流水の方向が斜めのものを斜流水車，流水がランナの軸方向に通過するものをプロペラ水車と言います。高落差のものからフランシス水車→斜流水車→プロペラ水車となります。
また，出口部に吸出し管というラッパ状の管を設け，ランナ出口から放水面までの位置エネルギーを有効利用します。

出典：長野県ＨＰ

【解答】

解答：(3)
(1)：正しい
同期発電機の同期速度\( \ N_{\mathrm {s}} \ \)は，極数を\( \ p \ \)，系統の周波数を\( \ f \ \)とした時，
\[
\begin{eqnarray}
N_{\mathrm {s}} &=&\frac {120f}{p} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となるので，回転速度が小さくなるほど極数が大きくなります。

(2)：正しい
水車発電機の電圧の大きさは自動電圧調整器，周波数は調速機を用いて回転速度を制御することにより制御されます。

(3)：誤り
ワンポイント解説「2.反動水車」の通り，フランシス水車などで用いられる吸出し管は，水車ランナと放水面までの落差を有効に利用し，水車の出力を増加する効果があります。しかしながら衝動水車であるペルトン水車は吸出し管を持ちません。

(4)：正しい
我が国の大部分の水力発電所においては，水車や発電機の始動・運転・停止などの操作は遠隔監視制御方式で行われ，原則発電所は無人化されています。

(5)：正しい
カプラン水車は，プロペラ水車の一種で，水車の羽根を可動式にしたもので，流量に応じて羽根の角度を調整することができるため部分負荷での効率が下がりにくくなります。