小規模水力発電所の基礎知識

水力タービンの運転パラメータは何ですか？
水力タービンの基本的な動作パラメータには、落差、流量、回転速度、出力、効率が含まれる。
タービンの水頭とは、タービンの入口部と出口部における単位重量あたりの水流エネルギーの差を指し、単位はH、測定単位はメートルである。
水力タービンの流量とは、単位時間あたりにタービンの断面を通過する水の量を指します。
タービン回転速度とは、タービンの主軸が1分間に回転する回数を指します。
水力タービンの出力とは、水力タービンの軸端における出力電力のことである。
タービン効率とは、タービンの出力と水流量の比率を指します。
水力タービンにはどのような種類がありますか？
水力タービンは、反動型と衝動型の2種類に分類できます。反動型タービンには、混合流タービン（HL）、軸流固定翼タービン（ZD）、軸流固定翼タービン（ZZ）、傾斜流タービン（XL）、直流固定翼タービン（GD）、直流固定翼タービン（GZ）の6種類があります。
衝動水車には、バケット型（カッター型）水車（CJ）、傾斜型水車（XJ）、ダブルタップ型水車（SJ）の3種類がある。
3. 反撃型タービンと衝動型タービンとは何ですか？
水流の持つ位置エネルギー、圧力エネルギー、運動エネルギーを固体機械エネルギーに変換する水力タービンは、反撃型水力タービンと呼ばれる。
水流の運動エネルギーを固体機械エネルギーに変換する水力タービンは、衝動タービンと呼ばれる。
混合流タービンの特徴と適用範囲は何ですか？
混合流タービン（フランシス水車とも呼ばれる）は、水がインペラに半径方向から流入し、概ね軸方向に流出する構造を持つ。混合流タービンは、幅広い水頭範囲での適用が可能で、構造がシンプルで、運転が安定しており、効率が高い。現代において最も広く使用されている水力タービンの1つである。適用可能な水頭範囲は50～700mである。
回転式水力タービンの特徴と適用範囲は何ですか？
軸流タービンでは、インペラ領域における水の流れは軸方向に流れ、ガイドベーンとインペラの間で水の流れは半径方向から軸方向に変化する。
固定プロペラの構造は単純ですが、設計条件から外れると効率が急激に低下します。出力が低く、水頭の変化が小さい発電所に適しており、一般的に水頭は3～50メートルの範囲です。回転プロペラの構造は比較的複雑です。ブレードとガイドベーンの回転を協調させることでガイドベーンとブレードの二重調整を実現し、高効率領域の出力範囲を拡大し、運転安定性に優れています。現在、適用水頭範囲は数メートルから50～70メートルです。
バケット式水力タービンの特徴と適用範囲は何ですか？
バケット型水力タービン（ペティオンタービンとも呼ばれる）は、ノズルから噴射される水流がタービンの円周の接線方向に沿ってバケットブレードに衝突することで発電する。バケット型水力タービンは高落差で使用され、小型バケット型は40～250mの落差に、大型バケット型は400～4500mの落差に用いられる。
7．傾斜型タービンの特徴と適用範囲は何ですか？
傾斜型水力タービンは、ノズルから噴射される水流が、入口のインペラ面と一定の角度（通常22.5度）をなす。このタイプの水力タービンは、落差が400m以下の小規模から中規模の水力発電所で使用されている。
バケット型水力タービンの基本的な構造はどのようなものですか？
バケット型水車には、以下の過電流対策部品があり、その主な機能は以下のとおりです。
（l）ノズルは、上流側の圧力管から流れてくる水がノズルを通過してジェットを形成し、それがインペラに衝突することによって形成される。ノズル内部の水流の圧力エネルギーは、ジェットの運動エネルギーに変換される。
（２）ニードルを動かすことでノズルから噴射されるジェットの直径が変化し、それによって水車の入口流量も変化する。
（３）車輪は円盤と、その円盤に固定された複数のバケットで構成されています。ジェットはバケットに向かって勢いよく流れ、その運動エネルギーをバケットに伝達し、それによって車輪を回転させて仕事をします。
（４）偏向板はノズルとインペラの間に配置されている。タービンの負荷が急激に減少すると、偏向板はジェットをバケットに向かって素早く偏向させる。この時点で、ニードルは新しい負荷に適した位置までゆっくりと閉じる。ノズルが新しい位置で安定すると、偏向板はジェットの元の位置に戻り、次の動作の準備をする。
（５）ケーシングは、完成した水流を下流へスムーズに排出することを可能にし、ケーシング内部の圧力は大気圧と等しくなります。ケーシングは、水力タービンのベアリングを支える役割も果たします。
9. 水力タービンのブランドをどのように読み、理解すればよいか？
中国のJBB84-74「タービン型式指定規則」によれば、タービン型式は3つの部分から構成され、各部分は「-」で区切られています。最初の部分の記号は、水車の種類を表す中国語ピンインの最初の文字であり、アラビア数字は水車の特性比速度を表します。2番目の部分は2つの中国語ピンインで構成され、最初の文字は水車の主軸の配置を表し、2番目の文字は取水室の特性を表します。3番目の部分は、水車の公称直径（センチメートル）です。
各種水力タービンの公称直径はどのように規定されるのですか？
混合流タービンの公称直径は、インペラブレードの入口端における最大直径であり、これはインペラの下部リングとブレードの入口端との交点における直径である。
軸流タービンおよび傾斜流タービンの公称直径は、インペラブレード軸とインペラ室の交点におけるインペラ室内部の直径である。
バケット型水力タービンの公称直径とは、ランナーがジェット内の主水流に接するピッチ円の直径のことである。
水力タービンにおけるキャビテーションの主な原因は何ですか？
水力タービンにおけるキャビテーションの原因は比較的複雑である。一般的には、タービンランナー内部の圧力分布が不均一であると考えられている。例えば、ランナーが下流の水位に対して高すぎる位置に設置されている場合、低圧領域を通過する高速の水流は蒸発圧に達しやすく、気泡が発生しやすい。水が高圧領域に流れ込むと、圧力の上昇により気泡が凝縮し、水流粒子が高速で気泡の中心に向かって衝突し、凝縮によって生じた隙間を埋める。これにより大きな水力学的衝撃と電気化学的影響が生じ、ブレードが侵食され、ピットやハニカム状の孔が生じ、さらには貫通して穴が開くこともある。
水力タービンにおけるキャビテーションを防止するための主な対策は何ですか？
水力タービンにおけるキャビテーションは、騒音、振動、効率の急激な低下を引き起こし、ブレードの侵食、ピットやハニカム状の孔の形成、さらには貫通による穴の形成につながり、装置の損傷や運転不能を引き起こします。したがって、運転中のキャビテーションを回避するための努力が必要です。現在、キャビテーションによる損傷を防止および軽減するための主な対策は以下のとおりです。
（l）タービンのキャビテーション係数を低減するために、タービンランナーを適切に設計する。
（２）製造品質を向上させ、刃の正しい幾何学的形状と相対位置を確保し、滑らかで研磨された表面に注意を払う。
（３）ステンレス鋼製の車輪など、キャビテーションによる損傷を軽減するための防キャビテーション材料の使用。
（４）水力タービンの設置高さを正しく決定する。
（５）タービンが長時間低落差・低負荷で運転されないように運転条件を改善する。通常、水力タービンは低出力（定格出力の５０％以下など）で運転することは許されない。複数ユニットの水力発電所では、単一ユニットの長時間の低負荷運転や過負荷運転は避けるべきである。
（６）キャビテーション損傷の悪影響を防ぐため、補修溶接部の研磨品質には適時なメンテナンスと注意を払うべきである。
（７）空気供給装置を用いて、キャビテーションを引き起こす可能性のある過剰な真空を除去するために、テールウォーターパイプに空気を導入する。
大規模、中規模、小規模の発電所はどのように分類されますか？
現在の部門基準によれば、設置容量が50,000kW未満のものは小型、50,000kWから250,000kWまでのものは中型、250,000kWを超えるものは大型とみなされます。

水力発電の基本原理は何ですか？
水力発電とは、水力（水頭）を利用して水力機械（タービン）を回転させ、水のエネルギーを機械エネルギーに変換する発電方法です。タービンに別の種類の機械（発電機）を接続して回転時に発電させる場合、機械エネルギーは電気エネルギーに変換されます。つまり、水力発電とは、水の持つ位置エネルギーを機械エネルギーに変換し、さらに電気エネルギーに変換するプロセスと言えるでしょう。
水力資源の開発方法と水力発電所の基本的な種類は何ですか？
水資源の開発方法は、集水量に応じて選択され、一般的にダム型、分水型、混合型の3つの基本方法がある。
（１）ダム型水力発電所とは、河川水路に建設され、落差が集中し、一定の貯水容量を有し、ダムの近くに位置する水力発電所を指す。
（２）取水式水力発電所とは、貯水池や調整設備を持たず、河川の自然な落差を全面的に利用して水を取水し発電する水力発電所であって、下流の遠方に位置するものをいう。
（３）ハイブリッド水力発電所とは、ダム建設によって部分的に形成された水滴と、河川の自然な落差を部分的に利用した一定の貯水容量を有する水力発電所をいう。発電所は下流の河川に設置される。
流量、総流出量、年間平均流量とは何ですか？
流量とは、河川（または水力構造物）の断面を単位時間あたりに通過する水の量を指し、立方メートル毎秒で表されます。
総流出量とは、水文年における河川の区間を通過する総水流量の合計を指し、10⁴m³または10⁸m³で表される。
平均年間流量とは、既存の水文系列に基づいて計算された、河川区間の平均年間流量Q3/Sを指します。
小規模水力発電所ハブプロジェクトの主な構成要素は何ですか？
主に、貯水構造物（ダム）、放水構造物（余水吐または水門）、水路構造物（水路またはトンネル、圧力調整坑を含む）、および発電所建屋（放水路および加圧ポンプ場を含む）の4つの部分から構成される。
18. 流出水力発電所とは何ですか？その特徴は何ですか？
調整池を持たない発電所は、流出式水力発電所と呼ばれます。このタイプの水力発電所は、河川の年間平均流量と得られる水頭に基づいて設備容量を決定します。乾季の発電量は50%以下に急激に減少し、場合によっては発電できないこともあり、これは河川の自然な流量によって制約されるためです。一方、雨季には大量の余剰水が発生します。
19. 出力とは何ですか？水力発電所の出力を推定し、発電量を計算するにはどうすればよいでしょうか？
水力発電所では、水力発電機ユニットによって生成される電力は出力と呼ばれ、河川の特定の区間の水流の出力はその区間の水エネルギー資源を表します。水流の出力は、単位時間あたりの水エネルギー量を指します。式 N=9.81 η QH において、Q は流量 (m3/S)、H は水頭 (m)、N は水力発電所の出力 (W)、η は水力発電機の効率係数です。小規模水力発電所の出力の近似式は N=(6.0-8.0) QH です。年間発電量の式は E=NT で、N は平均出力、T は年間利用時間です。
設置済み設備の年間稼働時間はどれくらいですか？
水力発電機ユニットの年間平均全負荷運転時間を指します。水力発電所の経済効果を測る重要な指標であり、小規模水力発電所は年間3000時間以上の稼働時間が求められます。
21. 日次調整、週次調整、年次調整、複数年調整とは何ですか？
（１）日次調整：24時間調整期間で、昼夜を問わず流出水を再分配することを指します。
（２）週ごとの調整：調整期間は１週間（７日間）です。
（３）年間調整：洪水期に余剰水の一部しか貯留できない、１年以内の流出水の再分配を不完全年間調整（または季節調整）といい、水の使用要件に応じて、水を放棄することなく１年以内に流入水を完全に再分配できる能力を年間調整という。
（４）複数年調整：貯水池の容量が十分に大きく、長年にわたり余剰水を貯水池に貯め、それを数年間の干ばつ年に配分して年間調整を行う場合、これを複数年調整と呼ぶ。
22. 川の水滴とは何ですか？
利用している河川区間の2つの断面間の標高差を落差といい、河川の源流と河口の水面間の標高差を総落差といいます。
23. 降水量、降水継続時間、降水強度、降水域、豪雨の中心とは何ですか？
降水量とは、ある一定期間内に特定の地点または地域に降る水の総量をミリメートル単位で表したものです。
降水継続時間とは、降水が続いている時間のことを指します。
降水強度とは、単位時間あたりの降水量を指し、単位はmm/hで表される。
降水域とは、降水によって覆われた水平面積を指し、単位は平方キロメートル（km2）で表される。
豪雨の中心とは、豪雨が集中する小さな局地的な区域を指します。
24. エンジニアリング投資見積もりとは何ですか？エンジニアリング投資見積もりとエンジニアリング予算とは何ですか？
エンジニアリング予算とは、プロジェクトに必要な建設資金すべてを金額でまとめた技術的・経済的な文書です。予備設計予算は予備設計文書の重要な構成要素であり、経済合理性を評価する主要な根拠となります。承認された総予算は、国が基本建設投資として認める重要な指標であり、基本建設計画や入札設計を作成する際の基礎となります。エンジニアリング投資見積とは、実現可能性調査段階で行われる投資額です。エンジニアリング予算とは、建設段階で行われる投資額です。
水力発電所の主な経済指標は何ですか？
（１）キロワット当たりの投資とは、設置容量１キロワット当たりに必要な投資額を指します。
（２）単位エネルギー投資とは、キロワット時あたりの電力に必要な投資額を指す。
（３）電気料金とは、キロワット時あたりの電気料金のことである。
（４）設置容量の年間稼働時間は、水力発電所設備の稼働レベルを示す指標である。
（５）電力の販売価格とは、電力網に販売される電力のキロワット時当たりの価格である。
水力発電所の主要経済指標を計算する方法は？
水力発電所の主要経済指標は、以下の式に基づいて算出されます。
（１）キロワット当たりの投資額＝水力発電所建設への総投資額／水力発電所の総設備容量
（２）単位エネルギー投資＝水力発電所建設への総投資額／水力発電所の年間平均発電量
（３）設備容量の年間稼働時間＝年間平均発電量／総設備容量