水力発電の仕組みや種類、メリットとデメリットをわかりやすく解説

水力発電は河川にダムを設置するなどして水の位置エネルギーを貯え、それを用いて水車を回転させることで発電する方式です。この記事では、水力発電の仕組みやメリット・デメリット、さらには水力発電の分類などについて解説します。

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水力発電の仕組みを図でわかりやすく解説

水力発電は、流水や落水といった水力を利用して水車を回転させ、水車の動力を電力に変換することで発電する発電方式です。

どのような方法で水の落差をつけるか、水車の構造、水の利用方法（河川やダムを利用）によっていくつかの種類に分けられますが、高いところにある水の位置エネルギーを電気エネルギーに変換する部分は変わりません。

発電機はタービンを回転させる火力発電や風力発電と同様、電磁誘導を利用して回転力から電気エネルギーを得る機械です。

電磁誘導とは、コイルなどの導体を貫く磁束が変化したときに、その導体に電位差（電圧）が生じる物理現象で、電位差によって流れる電流を誘導電流といいます。

導線につないだコイルの周りで磁石を回転させると、コイルを貫く磁束が変化するため、誘導電流が発生します。

発電機はこの仕組みを利用して、回転力を電力に変換しています。

水力発電のメリット・デメリットを紹介

メリットとして水力発電は、高いエネルギー変換効率や管理コストの安価さなどの特徴を持っており、注目されている再生可能エネルギーのひとつです。

自然の力で定常的、反復的に補充される資源によって得られるエネルギーを再生可能エネルギーといいます。

再生可能エネルギーですから、設備の設置や運用に多少の二酸化炭素の排出はありますが、発電時に二酸化炭素の排出はありません。

再生可能エネルギーの中で最も高いエネルギー変換効率を持つのが水力発電で、風力発電や太陽光発電のエネルギー効率が10%から40%であるのに対して、水力発電は約80%程度あります。

また、日本は山が多い地形で、水資源も豊富であることから、水力発電は日本に適した発電方法であると言えます。

一方、デメリットとしては、古くから活用されてきたことから、ダムや水力発電所が有利な土地は既に開発されており、新たに大規模な土地を見つけるのが難しく、新設されるのは比較的小規模な施設になる傾向があります。

水力発電は、発電や管理にかかるコストは他の再生可能エネルギーと比較しても安価ですが、ダムの新造には費用がかかります。また、水力発電の発電量は降水量に左右されることがあり、極端に雨量が少ない場合には、発電できなくなることもあるというデメリットもあります。