まとめ
水力発電は、水の持つ位置エネルギーを利用して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）によって流れる水の流れを生み出すことです。例えば、河川や貯水池などの高水位の水源から低水位へ水を流します。流れる水がタービンを回転させ、発電機を駆動して発電します。高水位の水は太陽の熱によって低水位の水が蒸発するため、間接的に太陽エネルギーを利用していると言えます。技術が成熟しているため、現在では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。
国際大ダム委員会（ICOLD）による大ダムの定義によれば、ダムとは、基礎の最下点からダムの頂上までの高さが15メートルを超えるダム、または高さが10メートルから15メートルの間で、以下の条件のうち少なくとも1つを満たすダムと定義される。
ダムの頂部の長さは500メートル以上でなければならない。
ダムによって形成される貯水池の容量は、100万立方メートル以上でなければならない。
⑶ ダムが処理できる最大洪水流量は毎秒2000立方メートル以上でなければならない。
ダム基礎の問題は特に難しい。
このダムの設計は並外れている。
BP2021レポートによると、2020年の世界の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、世界で3位となった。
2020年、水力発電量は東アジア・太平洋地域で最大となり、世界全体の1643/4370=37.6%を占めた。
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、ロシアとなっている。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%を占めた。
中国は水力発電量で世界第1位だが、国内の発電構成における割合は高くない。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%）だった。
2020年、中国の発電は主に石炭火力発電（63.2%）で、次いで水力発電（17.0%）であり、世界の水力発電総量の1322.0/4296.8=30.8%を占めた。中国は水力発電で世界第1位だが、そのピークには達していない。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%はまだ開発されていない。
2020年における水力発電量上位4カ国の電力構造比較
表から、中国の水力発電量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る。しかし、中国の総発電量に占める水力発電の割合（17%）は、世界平均（16%）をわずかに上回る程度である。
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つの形態がある。
ダム型水力発電
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ることで形成され、その最大出力は貯水池の容積、放水口の位置、水面の高さの差によって決まります。この高さの差は水頭と呼ばれ、水頭または水頭とも呼ばれます。水の位置エネルギーは水頭に正比例します。
1970年代半ば、フランスのエンジニア、ベルナール・フォレスト・ド・ベリドールは、垂直軸および水平軸油圧プレスについて記述した「建築水力学」を出版した。1771年、リチャード・アークライトは、水力学、水力フレーム、連続生産を組み合わせて、建築において重要な役割を果たした。工場システムを開発し、現代的な雇用慣行を採用する。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ネットワークが開発された。19世紀末までに、発電機が開発され、現在では油圧システムと組み合わせることができる。
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、照明用として使用されました。その4年後、アメリカ合衆国ウィスコンシン州に初の民間発電所が開設され、その後、数百もの水力発電所が地域照明の供給のために稼働を開始しました。
石龍壩水力発電所は、雲南省昆明市郊外の唐浪河に位置する、中国初の水力発電所です。建設は1910年7月（庚緒年）に始まり、1912年5月28日に発電が開始されました。当初の設備容量は480kWでした。2006年5月25日、石龍壩水力発電所は国務院により、国家重点文化財保護ユニット第6弾に指定されました。
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、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4296.8テラワット時（TWh）で、そのうち中国の水力発電量は1322.0TWhであり、世界全体の30.1%を占めた。
水力発電は、世界の電力生産における主要な供給源の一つであり、再生可能エネルギー発電における主要なエネルギー源です。BPの2021年の統計によると、2020年の世界の電力生産量は26823.2TWhで、そのうち水力発電による発電量は4222.2TWhであり、世界の総発電量の15.7%を占めています（4222.2/26823.2=15.7%）。
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、そのうち中国が23,841/58,713＝40.6％を占めています。
BPの2021年の統計によると、2020年、中国の水力発電は中国の再生可能エネルギー発電量の1322.0/2236.7=59%を占め、再生可能エネルギー発電において支配的な地位を占めた。
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年には世界の水力発電総量は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占める見込みです。
2020年、世界で最も水力発電量が多かった地域は東アジア・太平洋地域で、世界全体の1643/4370=37.6%を占めた。中でも中国は特に目立ち、世界全体の31%を占め、この地域では1355.20/1643=82.5%を占めている。
水力発電量は、総設備容量と揚水設備の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有しており、当然ながら、設備容量と揚水設備の容量も世界一です。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、中国の水力発電設備容量（揚水設備を含む）は2020年に370160MWに達し、世界全体の370160/1330106=27.8%を占め、世界一となっています。
世界最大の水力発電所である三峡ダムは、中国最大の水力発電容量を誇ります。三峡ダムは、700MWのフランシス水車32基と50MWの水車2基で構成され、設備容量は22,500MW、ダムの高さは181mです。2020年の発電容量は111.8TWh、建設費は2,030億元で、2008年に完成予定です。
四川省の長江金沙江区間には、向家壩、溪洛渡、白鶴灘、武東徳の4つの世界クラスの水力発電所が建設されました。これら4つの水力発電所の総設備容量は46508MWで、これは22500MWの三峡ダム水力発電所の設備容量の2.07倍です。年間発電量は185.05/101.6=1.82倍です。白鶴灘は、三峡ダム水力発電所に次いで中国で2番目に大きな水力発電所です。
現在、中国の三峡ダムは世界最大の水力発電所である。世界最大の水力発電所トップ12のうち、中国は6つを占めている。長らく世界第2位にランクされていたイタイプダムは、中国の白鶴灘ダムにその座を奪われ、第3位に後退した。
2021年時点で世界最大の従来型水力発電所
世界には設備容量1000MWを超える水力発電所が198カ所あり、そのうち中国が60カ所を占め、世界全体の30%を占めている。次いでブラジル、カナダ、ロシアが続く。
世界には設備容量1000MWを超える水力発電所が198カ所あり、そのうち中国が60カ所を占め、世界全体の30%を占めている。次いでブラジル、カナダ、ロシアが続く。
中国には設備容量1000MWを超える水力発電所が60カ所あり、その大部分は長江流域に集中しており、設備容量1000MWを超える中国の水力発電所の半数を占めている。
中国で設備容量1000MWを超える水力発電所が稼働を開始
葛洲壩ダムから上流に進み、三峡ダムを経由して長江の支流を横断するこの水力発電所群は、中国の西から東への電力伝送の主力であり、世界最大のカスケード発電所でもあります。葛洲壩ダムと三峡ダムを含め、長江本流には約90の水力発電所があり、烏江には10、嘉陵江には16、岷江には17、大渡河には25、雅礱江には21、金沙江には27、木里河には5の発電所があります。
タジキスタンには、高さ567mの世界一高い天然ダム、ウソイダムがあります。これは、既存の人工ダムである錦屏第一級ダムよりも262m高いものです。ウソイダムは、1911年2月18日にサレズでマグニチュード7.4の地震が発生した際に、ムルガブ川沿いの自然地滑りダムが川の流れをせき止めたことで形成されました。この地滑りが大規模な地滑りを引き起こし、ムルガブ川をせき止め、世界一高いダムであるウソイダムを形成し、サレズ湖が誕生しました。残念ながら、水力発電に関する報告はありません。
2020年時点で、世界には高さ135メートルを超えるダムが251基存在した。現在最も高いダムは、高さ305メートルのアーチ型ダムである錦屏第一ダムである。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メートルである。
2021年に世界一高いダムが完成
現在、世界で最も高いダムは中国の錦屏第一ダムで、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準備を進めています。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、完成すれば世界で最も高いダムとなる予定です。このダムは高さ335メートルで、1976年に建設が開始されました。2019年から2029年にかけて稼働開始予定で、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、イランのバフティヤリ川に建設中のバフティヤリダムで、高さは325m、出力は1500MWです。プロジェクト費用は20億米ドル、年間発電量は3TWhです。3番目に大きいダムは、中国の大渡河にある双江口ダムで、高さは312mです。
高さ305メートルを超えるダムが建設されている。
2020年時点で世界で最も高い重力式ダムは、スイスのグランデ・ディクセンス・ダムで、高さは285メートルだった。
世界最大のダムで貯水容量が最も大きいのは、ジンバブエとザンベジ川に建設されたカリバダムです。1959年に建設され、貯水容量は180.6 km3です。次いで、ロシアのアンガラ川に建設されたブラツクダム、カナワルト湖に建設されたアコソンボダム（貯水容量169 km3）が続きます。
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る。2008年に完成し、貯水容量は39.3立方キロメートルで、世界第27位にランクインしている。
中国最大の貯水池
世界最大のダムは、パキスタンのタルベラダムです。1976年に建設され、高さは143メートルです。ダムの貯水量は1億5300万立方メートル、発電容量は3478メガワットです。
中国最大のダムは三峡ダムで、2008年に完成した。高さは181メートル、貯水量は2740万立方メートル、発電容量は22500メガワットで、世界第21位にランクインしている。
世界最大のダム
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（120000 MW）の国家設備容量と、7740億キロワット時（774 TWh）の年間発電量を開発することができます。標高270メートルのキンシャサからマタディ区間まで、川床は狭く、岸は急で、水流は乱れています。最大水深は150メートルで、落差は約280メートルです。水流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段階の大規模水力発電所が計画されており、第1段階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段階のグランドインガダムと第3段階のマタディダムは、いずれもコンゴ民主共和国に位置しています。ピオカ水力発電所は、落差80メートルを利用し、総容量2200万キロワット、年間発電量1770億キロワット時の30基の発電ユニットを設置する計画で、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け取る。マタディ水力発電所は、落差50メートルを利用し、総容量1200万キロワット、年間発電量870億キロワット時の36基の発電ユニットを設置する計画である。25キロメートル以内に100メートルの落差がある英家急流区間は、世界で最も水力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存在する。
ヤルンツァンポ川は、チベット自治区に位置する中国最長の高原河川であり、世界でも有数の高地河川です。理論上、ヤルンツァンポ川水力発電所が完成すれば、設備容量は50,000MWに達し、発電量は三峡ダム（98.8TWh）の3倍にあたる300TWhとなり、世界最大の発電所となるでしょう。
ヤルンツァンポ川は、チベット自治区に位置する中国最長の高原河川であり、世界でも有数の高地河川です。理論上、ヤルンツァンポ川水力発電所が完成すれば、設備容量は50,000MWに達し、発電量は三峡ダム（98.8TWh）の3倍にあたる300TWhとなり、世界最大の発電所となるでしょう。
ヤルンツァンポ川は、洛峪の領土を出てインドに入ると「ブラマプトラ川」と改名された。バングラデシュを流れると「ジャムナ川」と改名された。自国の領土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む。全長は2104キロメートルで、チベット内を流れる川の長さは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1位である。流域は東西方向に細長く、東西方向の最大長は1450キロメートル以上、南北方向の最大幅は290キロメートルである。平均標高は約4500メートルである。地形は西が高く東が低く、南東が最も低い。この河川流域の総面積は240,480平方キロメートルで、チベットにあるすべての河川流域の総面積の20％、チベットにある流出河川系の総面積の約40.8％を占め、中国のすべての河川流域の中で5番目に大きい。
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多い国はアイスランド（51,699 kWh/人）とノルウェー（23,210 kWh/人）である。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いる。水力発電はノルウェーの電力生産構造の97%を占めている。
中国のチベットに近い内陸国ネパールとブータンのエネルギー構造は、化石燃料に依存せず、豊富な水力資源に依存している。水力発電は国内での利用だけでなく、輸出もされている。
揚水式水力発電
揚水式水力発電は、発電方法ではなく、エネルギー貯蔵方法です。電力需要が低いときは、余剰発電能力で発電を続け、電動ポンプを作動させて水を高水位まで汲み上げ、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。この方法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おいて重要な構成要素です。風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギー源の著しい増加と、それらが従来の発電機に取って代わるようになったことで、電力網への負荷が増大し、揚水発電、いわゆる「水の蓄電池」の必要性が強調されるようになりました。
水力発電量は揚水発電設備の設置容量に正比例し、揚水発電設備の総量と関連している。2020年時点で、世界中で68基が稼働中で、42基が建設中であった。
中国の水力発電量は世界第1位であり、稼働中および建設中の揚水発電所の数も世界第1位である。次いで日本と米国が続く。
世界最大の揚水発電所は、アメリカ合衆国にあるバス郡揚水発電所で、設備容量は3003MWである。
中国最大の揚水発電所は恵寿揚水発電所で、設備容量は2448MWである。
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である。
建設中の揚水発電所は中国が世界第1位である。設備容量が1000MWを超える発電所は3つあり、豊寧揚水発電所（3600MW、2019年から2021年にかけて完成）、鶏渓揚水発電所（1800MW、2018年完成）、黄溝揚水発電所（1200MW、2019年完成）などが挙げられる。
世界で最も標高の高い揚水発電所は、中国チベット自治区にあるヤムドク水力発電所で、標高は4441メートルである。
河川水力発電
河川流水力発電（ROR）は、水力発電の一種で、少量の水しか必要としないか、発電のために大量の水を貯水する必要がありません。河川流水力発電は、ほとんど貯水を必要とせず、ごく小規模な貯水施設を建設するだけで済みます。小規模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、河川水力発電は水源の季節的な水量変化に非常に敏感です。そのため、河川発電所は通常、断続的なエネルギー源と定義されます。河川発電所にいつでも水量を調整できる調整池を建設すれば、ピークカット発電所またはベースロード発電所として使用できます。
世界最大の四川式水力発電所は、ブラジルのマデイラ川にあるジラウダムである。ダムの高さは63メートル、長さは1500メートル、設備容量は3075メガワットで、2016年に完成した。
世界で3番目に大きい河川水力発電所は、アメリカ合衆国のコロンビア川にあるチーフ・ジョセフ・ダムで、高さ72メートル、長さ1817メートル、設備容量2620MW、年間発電量9780GWhを誇る。1979年に完成した。
中国最大の四川式水力発電所は、南盤河に位置する天勝橋第二ダムである。ダムの高さは58.7m、長さは471m、貯水量は480万m³、発電容量は1320MWで、1997年に完成した。
潮力発電
潮力発電は、潮の満ち引きによる海水位の上昇と下降を利用して発電する。一般的には、発電のために貯水池が建設されるが、潮の流れを直接利用して発電する手法もある。潮力発電に適した場所は世界的に限られており、英国には国内の電力需要の20%を賄える可能性があると推定される場所が8ヶ所ある。
世界初の潮力発電所は、フランスのランスに位置するランス潮力発電所です。1960年から1966年までの6年間かけて建設されました。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、2011年に完成した。
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にあるアナポリス・ロイヤル発電所で、ファンディ湾の入り口に位置しています。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、杭州市の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、発電機は6基設置されている。運転開始は1985年である。
北米岩盤潮力発電実証プロジェクトにおける最初の潮流式潮流発電機は、2006年9月にカナダのバンクーバー島に設置された。
現在、世界最大の潮力発電プロジェクトであるメイゲン（MeyGen潮力発電プロジェクト）が、スコットランド北部のペントランド海峡で建設中で、設備容量は398MW、2021年に完成予定である。
インドのグジャラート州は、南アジア初となる商業用潮力発電所の建設を計画している。インド西海岸のクッチ湾には、設備容量50MWの発電所が設置され、2012年初頭に建設が開始された。
ロシアのカムチャツ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で、世界最大の潮力発電所となる予定です。完成すれば、ピンレンナ湾潮力発電所は、現在の三峡ダム発電所の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
