まとめ
水力発電は、水の位置エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方法です。その原理は、水位の低下（位置エネルギー）を利用して、重力（運動エネルギー）の作用で水の流れを作り出します。例えば、河川や貯水池などの水位の高い場所から低い場所へ水を導くなどです。水流によってタービンが回転し、発電機を駆動して発電します。高い場所の水は太陽熱によって蒸発し、低い場所の水は蒸発するため、間接的に太陽エネルギーを利用していると言えます。その成熟した技術により、現在、人類社会で最も広く利用されている再生可能エネルギーとなっています。
国際大規模ダム委員会 (ICOLD) の定義によれば、大規模ダムとは、高さが 15 メートル (基礎の最低点からダムの頂上まで) を超えるダム、または高さが 10 メートルから 15 メートルで、以下の条件の少なくとも 1 つを満たすダムと定義されます。
ダム堤頂の長さは500メートル以上とする。
ダムによって形成される貯水容量は100万立方メートル以上でなければならない。
⑶ ダムの最大洪水流量は毎秒2,000立方メートル以上であること。
ダムの基礎の問題は特に困難です。
このダムのデザインは素晴らしい。
BP2021レポートによると、2020年の世界の総発電量に占める水力発電の割合は4296.8/26823.2=16.0%で、石炭火力発電（35.1%）やガス火力発電（23.4%）を下回り、世界第3位となった。
2020年、東アジア・太平洋地域では水力発電が最大となり、世界総発電量の1643/4370=37.6%を占めました。
世界で最も水力発電量が多い国は中国で、次いでブラジル、アメリカ、ロシアとなっています。2020年、中国の水力発電量は中国の総発電量の1322.0/7779.1=17.0%を占めました。
中国は水力発電量で世界一ですが、同国の発電構成の中では高い水準ではありません。2020年の総発電量に占める水力発電の割合が最も高かった国は、ブラジル（396.8%/620.1%=64.0%）とカナダ（384.7%/643.9%=60.0%）でした。
2020年の中国の発電量は、石炭火力（63.2%）が主で、次いで水力（17.0%）が続き、世界の水力発電総量の1322.0/4296.8=30.8%を占めました。中国は水力発電量で世界一を誇っていますが、まだピークに達していません。世界エネルギー会議が発表した「世界エネルギー資源2016」報告書によると、中国の水力資源の47%は未開発です。
2020年水力発電量上位4カ国の電力構造比較
表から、中国の水力発電は世界の総水力発電量の1322.0/4296.8=30.8%を占め、世界第1位であることがわかります。しかし、中国の総発電量に占める割合（17%）は、世界平均（16%）をわずかに上回る程度です。
水力発電には、ダム式水力発電、揚水式水力発電、河川式水力発電、潮力発電の4つの形式があります。
ダム式水力発電
ダム式水力発電は、貯水池式水力発電とも呼ばれます。貯水池は堤防に水を貯めて形成され、その最大出力は貯水池容積、放水口の位置、および水面高の差によって決まります。この高低差を落差（水頭、水頭とも呼ばれます）と呼び、水の位置エネルギーは落差に正比例します。
1970年代半ば、フランスの技術者ベルナール・フォレスト・ド・ベ・リドールは『建築水理学』を出版し、垂直軸と水平軸の水圧プレスについて解説しました。1771年には、リチャード・アークライトが水圧、水力フレーミング、そして連続生産を組み合わせ、建築において重要な役割を果たしました。工場システムを開発し、近代的な雇用慣行を採用しました。1840年代には、発電して最終消費者に送電するための水力発電網が開発されました。19世紀末までに発電機が開発され、現在では水圧システムと組み合わせることができます。
世界初の水力発電プロジェクトは、1878年にイギリスのノーサンバーランドにあるクラッグサイド・カントリー・ホテルで、照明用に使用されました。4年後、アメリカ合衆国ウィスコンシン州に最初の民間発電所が開設され、その後、数百の水力発電所が地域の照明供給のために稼働しました。
石龍壩水力発電所は、中国初の水力発電所であり、雲南省昆明市郊外の唐浪河に位置しています。1910年（庚緒年）7月に着工され、1912年5月28日に発電を開始しました。当初の設備出力は480kWでした。2006年5月25日、石龍壩水力発電所は国務院の承認を受け、第6陣国家重点文化財保護単位に指定されました。
REN21の2021年報告書によると、2020年の世界の水力発電設備容量は1170GWで、中国は12.6GW増加して世界全体の28%を占め、ブラジル（9%）、米国（7%）、カナダ（9.0%）を上回った。
BPの2021年の統計によると、2020年の世界の水力発電量は4296.8TWhで、そのうち中国の水力発電量は1322.0TWhで、世界全体の30.1%を占めた。
水力発電は世界の電力生産の主要な源の一つであり、再生可能エネルギー発電の主要なエネルギー源です。BPの2021年の統計によると、2020年の世界全体の電力生産量は26,823.2 TWhで、そのうち水力発電量は4,222.2 TWhで、世界の総発電量の4,222.2/26,823.2=15.7%を占めました。
このデータは国際ダム委員会（ICOLD）によるものです。2020年4月の登録によると、現在世界には58,713基のダムがあり、中国は23,841基/58,713基=世界全体の40.6%を占めています。
BPの2021年の統計によると、2020年に中国の水力発電は中国の再生可能エネルギー電力の1322.0/2236.7=59%を占め、再生可能エネルギー発電で主要な地位を占めました。
国際水力発電協会（iha）[2021年水力発電状況報告書]によると、2020年の世界の水力発電量合計は4370TWhに達し、そのうち中国（世界全体の31%）、ブラジル（9.4%）、カナダ（8.8%）、米国（6.7%）、ロシア（4.5%）、インド（3.5%）、ノルウェー（3.2%）、トルコ（1.8%）、日本（2.0%）、フランス（1.5%）などが最大の水力発電量を持つことになります。
2020年に世界で水力発電量が最も多かった地域は東アジア・太平洋地域で、世界総量の1643/4370=37.6%を占めました。その中でも中国が特に目立っており、世界総量の31%を占め、この地域では1355.20/1643=82.5%を占めています。
水力発電量は、総設備容量と揚水発電設備容量に比例します。中国は世界最大の水力発電容量を誇り、当然のことながら、設備容量と揚水発電容量も世界一です。国際水力発電協会（IHA）の2021年水力発電状況報告書によると、2020年の中国の水力発電設備容量（揚水発電を含む）は370160MWに達し、世界総容量の370160/1330106=27.8%を占め、世界一となりました。
世界最大の水力発電所である三峡水力発電所は、中国最大の水力発電能力を誇ります。三峡水力発電所は、700MWのフランシス水車32基と50MWの水車2基を使用し、設備出力は22500MW、ダム高は181mです。2020年の発電容量は111.8TWh、建設費は2030億円です。2008年に完成予定です。
四川省長江金沙河区間には、世界クラスの水力発電所が4つ建設されています。湘家壩発電所、西洛渡発電所、白河潭発電所、五東徳発電所です。これら4つの水力発電所の総設備容量は46,508MWで、これは三峡水力発電所の設備容量22,500MWの46,508/22,500=2.07倍です。年間発電量は185.05/101.6=1.82倍です。白河潭発電所は、三峡水力発電所に次ぐ中国で2番目に大きな水力発電所です。
現在、中国の三峡水力発電所は世界最大の発電所であり、世界トップ12の水力発電所のうち、中国は6位を占めています。長らく世界第2位の座を維持していたイタイプダムは、中国の白鶴潭ダムに押されて第3位となりました。
2021年の世界最大の従来型水力発電所
世界には1000MWを超える設備容量を持つ水力発電所が198カ所あり、そのうち中国は60カ所で、世界全体の30%を占めています。次いでブラジル、カナダ、ロシアとなっています。
世界には1000MWを超える設備容量を持つ水力発電所が198カ所あり、そのうち中国は60カ所で、世界全体の30%を占めています。次いでブラジル、カナダ、ロシアとなっています。
中国には設備容量が1000MWを超える水力発電所が60カ所あり、主に長江流域に30カ所あり、中国の設備容量が1000MWを超える水力発電所の半数を占めています。
中国で1000MW以上の設備容量を持つ水力発電所が稼働開始
葛州壩ダムから遡り、三峡ダムを経て長江の支流を横断するこのダムは、中国の西から東への電力送電の主力であり、世界最大のカスケード式発電所でもある。長江本流には葛州壩ダムと三峡を含めて約90カ所の水力発電所があり、五江には10カ所、嘉陵江には16カ所、岷江には17カ所、大肚河には25カ所、亜龍河には21カ所、金沙河には27カ所、木里河には5カ所ある。
タジキスタンには、世界一高い天然ダムであるウソイダムがあります。高さは567メートルで、既存の人工ダムの中で最も高い金平一級ダムよりも262メートル高いです。ウソイダムは、1911年2月18日にサレスでマグニチュード7.4の地震が発生し、ムルガブ川沿いの天然の土砂崩れによって川の流れが堰き止められたことで形成されました。大規模な土砂崩れが引き起こされ、ムルガブ川が堰き止められ、世界一高いダムであるウソイダムが形成され、サレス湖が形成されました。残念ながら、水力発電の報告はありません。
2020年時点で、世界で高さ135メートルを超えるダムは251基ありました。現在、最も高いダムはアーチ型ダムの金平一号ダムで、高さは305メートルです。次に高いのは、タジキスタンのヴァフシュ川にあるヌレクダムで、長さは300メートルです。
2021年の世界一高いダム
現在、世界一高いダムは中国の金平一ダムで、高さは305メートルですが、建設中の3つのダムがそれを上回ることを目指しています。現在建設中のログンダムは、タジキスタン南部のヴァフシュ川に位置し、世界一高いダムとなります。高さは335メートルで、1976年に着工しました。2019年から2029年にかけて稼働開始が予定されており、建設費は20億～50億米ドル、設備容量は600～3600MW、年間発電量は17TWhと見込まれています。
2番目は、イランのバフティアリ川に建設中のバフティアリダムで、高さは325メートル、出力は1500MWです。総事業費は20億米ドル、年間発電量は3TWhです。中国の大肚河で3番目に大きいダムは、高さ312メートルの双江口ダムです。
305メートルを超えるダムが建設中
2020年に世界で最も高い重力式ダムは、高さ285メートルのスイスのグラン・ディクサンス・ダムでした。
世界最大のダムで、最大の貯水容量を誇るのは、ジンバブエとザンベジにまたがるザンベジ川に架かるカリバダムです。1959年に建設され、貯水容量は180.6 km³です。これにロシアのアンガラ川に架かるブラーツクダム、そしてカナワルト湖に架かるアコソンボダムが続き、貯水容量は169 km³です。
世界最大の貯水池
長江本流に位置する三峡ダムは、中国最大の貯水容量を誇ります。2008年に完成し、貯水容量は39.3km3で、世界第27位にランクされています。
中国最大の貯水池
世界最大のダムはパキスタンのターベラダムです。1976年に建設され、高さは143メートルです。ダムの貯水量は1億5,300万立方メートル、設備容量は3,478MWです。
中国最大のダムは2008年に完成した三峡ダムです。ダムの高さは181メートル、ダム容積は2,740万立方メートル、設備容量は22,500MWです。世界第21位です。
世界最大のダム本体
コンゴ川流域は主にコンゴ民主共和国で構成されています。コンゴ民主共和国は、1億2000万キロワット（120000MW）の国内設備容量と、7740億キロワット時（774TWh）の年間発電量を開発できます。標高270メートルのキンシャサから始まり、マタディセクションに達するまで、川底は狭く、岸は急で、水の流れが乱れています。最大深度は150メートルで、落差は約280メートルです。水の流れは定期的に変化するため、水力発電の開発に非常に有利です。3階層の大規模水力発電所が計画されており、第1階層はコンゴ民主共和国とコンゴ共和国の国境に位置するピオカダムです。第2階層のグランドインガダムと第3階層のマタディダムは、どちらもコンゴ民主共和国にあります。ピオカ水力発電所は、水頭80メートルを利用し、30基のユニットを設置する予定で、総出力は2,200万キロワット、年間発電量は1,770億キロワット時で、コンゴ民主共和国とコンゴ共和国がそれぞれ半分ずつ受電する。マタディ水力発電所は、水頭50メートルを利用し、36基のユニットを設置する予定で、総出力は1,200万キロワット、年間発電量は870億キロワット時である。25キロメートル以内に100メートルの落差がある穎家急流区間は、世界で最も水力発電資源が集中している河川区間である。
世界には三峡ダムよりも多くの未完成の水力発電所がある
ヤルンザンボ河は、チベット自治区に位置する中国最長の高原河であり、世界でも有数の標高の高い河川です。理論上、ヤルンザンボ河水力発電所の完成後、設備容量は50,000MWに達し、発電量は三峡ダム（98.8TWh）の3倍となる300TWhに達し、世界最大の発電所となります。
ヤルンザンボ河は、チベット自治区に位置する中国最長の高原河であり、世界でも有数の標高の高い河川です。理論上、ヤルンザンボ河水力発電所の完成後、設備容量は50,000MWに達し、発電量は三峡ダム（98.8TWh）の3倍となる300TWhに達し、世界最大の発電所となります。
ヤルンザンポ河は洛嶼国を出てインドに流れ込んだ後、「ブラマプトラ河」と改名され、バングラデシュを通過した後、「ジャムナ河」と改名され、国内でガンジス川と合流した後、インド洋のベンガル湾に流れ込んだ。全長は2104キロメートルで、チベットでの川の長さは2057キロメートル、総落差は5435メートル、平均勾配は中国の主要河川の中で第1位である。流域は東西方向に細長く、東西の最大長さは1450キロメートル以上、南北の最大幅は290キロメートルである。平均標高は約4500メートルで、地形は西部が高く東部が低く、南東部が最も低い。流域総面積は240,480平方キロメートルで、チベット全河川流域総面積の20％を占め、チベット流出河川システム総面積の約40.8％を占め、中国の全河川流域の中で第5位となっている。
2019年のデータによると、世界で一人当たりの電力消費量が最も高い国は、アイスランド（51,699 kWh/人）とノルウェー（23,210 kWh/人）です。アイスランドは地熱発電と水力発電に依存しており、ノルウェーは水力発電に依存しており、ノルウェーの電力生産構造の97%を占めています。
中国のチベットに近い内陸国であるネパールとブータンのエネルギー構造は、化石燃料ではなく、豊富な水力資源に依存しています。水力発電は国内で利用されるだけでなく、輸出もされています。
揚水発電
揚水発電はエネルギー貯蔵方式であり、電力生産方式ではありません。電力需要が低いときは、余剰発電能力で発電を継続し、電動ポンプを駆動して水を高水位まで揚水して貯水します。電力需要が高いときは、高水位の水を利用して発電します。この方式は発電機の稼働率を向上させることができ、ビジネスにおいて非常に重要です。
揚水発電は、現代および将来のクリーンエネルギーシステムにとって重要な要素です。風力や太陽光発電といった再生可能エネルギー源の大幅な増加と、それらによる従来型発電機の置き換えは、電力網への負担を増大させ、揚水発電による「水電池」の必要性を浮き彫りにしています。
水力発電量は揚水発電所の設備容量に正比例し、揚水発電所の容量と関連しています。2020年には、世界中で68カ所が稼働中、42カ所が建設中でした。
中国の水力発電量は世界一であり、稼働中および建設中の揚水発電所の数も世界一です。次いで日本と米国が続きます。
世界最大の揚水発電所は、米国のバス郡揚水発電所で、設備容量は 3003MW です。
中国最大の揚水発電所は恵首揚水発電所で、設備容量は2448MWです。
中国で2番目に大きい揚水発電所は広東揚水発電所で、設備容量は2400MWです。
中国で建設中の揚水発電所は世界トップクラスです。設備容量が1000MWを超える発電所は、豊寧揚水発電所（3600MW、2019～2021年完成）、鶏西揚水発電所（1800MW、2018年完成）、黄溝揚水発電所（1200MW、2019年完成）の3カ所です。
世界で最も標高の高い揚水発電所は、中国チベットの標高 4,441 メートルにあるヤムドク水力発電所です。
渓流水力発電
流れ込み式水力発電（ROR）は、流出水力発電とも呼ばれ、水力に依存しますが、発電のために少量の水しか必要としないか、大量の水を貯める必要がない水力発電の一種です。 河川流量水力発電は、ほとんど完全に貯水を必要としないか、非常に小さな貯水施設の建設のみを必要とします。 小さな貯水施設を建設する場合、これらの貯水施設は調整池または前池と呼ばれます。 大規模な貯水施設がないため、河川発電は水源の季節的な水量の変化に非常に敏感です。 したがって、河川発電所は通常、間欠的なエネルギー源として定義されます。いつでも水の流れを調整できる調整池が河川発電所に構築されている場合、ピークシェービング発電所またはベースロード発電所として使用できます。
世界最大の四川省水力発電所は、ブラジルのマデイラ川にあるジラウダムです。ダムの高さは63m、長さは1500m、設備容量は3075MWで、2016年に完成しました。
世界で3番目に大きい河川水力発電所は、アメリカ合衆国コロンビア川にあるチーフ・ジョセフ・ダムです。ダムの高さは72メートル、長さは1817メートル、設備容量は2620MW、年間発電量は9780GWhです。1979年に完成しました。
中国最大の四川式水力発電所は、南盤渓にある天生橋二ダムです。ダムの高さは58.7m、長さは471m、貯水量は480万立方メートル、設備出力は1320MWです。1997年に完成しました。
潮力発電
潮力発電は、潮汐による海水位の上昇と下降を利用して発電します。一般的には貯水池を建設して発電しますが、潮流を直接利用して発電するケースもあります。世界的に見て潮力発電に適した場所は多くなく、英国には国内の電力需要の20%を賄えるポテンシャルを持つ場所が8か所あると推定されています。
世界初の潮力発電所は、フランスのランスにあるランス潮力発電所です。1960年から1966年にかけて6年間建設され、設備容量は240MWです。
世界最大の潮力発電所は韓国の始華湖潮力発電所で、設備容量は254MWで2011年に完成しました。
北米初の潮力発電所は、カナダのノバスコシア州アナポリス市ロイヤル、ファンディ湾の入り口に位置するアナポリス・ロイヤル発電所です。設備容量は20MWで、1984年に完成しました。
中国最大の潮力発電所は杭州市南部に位置する江夏潮力発電所で、設備容量はわずか4.1MW、6基の発電機を有しています。1985年に稼働を開始しました。
北米岩石潮力発電実証プロジェクトの最初の河川内潮流発電機は、2006 年 9 月にカナダのバンクーバー島に設置されました。
現在、世界最大の潮力発電プロジェクトであるメイジェン（MeyGen tidal energy project）がスコットランド北部のペントランド湾に建設中で、設備容量は398MWで、2021年に完成する予定となっている。
インドのグジャラート州は、南アジア初の商業用潮力発電所の建設を計画しています。設備容量50MWの発電所がインド西海岸のカッチ湾に設置され、2012年初頭に建設が開始されました。
ロシアのカムチャッカ半島に計画されているペンジン潮力発電所プロジェクトは、設備容量87,100MW、年間発電量200TWhを誇り、世界最大の潮力発電所となります。完成すれば、ピンレンナ湾潮力発電所は現在の三峡発電所の4倍の設備容量を持つことになります。
投稿日時: 2023年5月25日
