水力発電土木施設・ダム・導水路・発電所土木
水力発電所の方式に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
水力発電は落差の得かたにより、水路式（河川勾配＋導水路）、ダム式（ダムによる貯水位）、ダム水路式（両者の併用）に分けられ、また貯水池の有無・規模により流れ込み式、調整池式、貯水池式に分けられる。揚水式は上池と下池の落差を利用し、ポンプで水を上げて発電に使う方式である。
最大使用水量Q＝20m³/s、総落差105m、水路や水圧管路などでの損失水頭5m、水車と発電機を合わせた総合効率85％の水力発電所において、P＝9.8・Q・H・η（H：有効落差、η：総合効率）で求めた最大出力として、最も近い値はどれか。
解答正解 4
水力発電の出力は、理論出力9.8・Q・Hに総合効率を掛けて求める。Hは総落差から損失水頭を差し引いた有効落差で、ここでは105−5＝100mである。P＝9.8×20×100×0.85＝16,660kWとなる。総落差を使うと出力を過大評価する。
水車に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
ペルトン水車は衝動水車で高落差・小流量、フランシス水車は反動水車で中落差、カプラン・プロペラ水車は反動水車で低落差・大流量に適する。カプラン水車はランナ羽根とガイドベーンを連動して動かし、負荷変動時にも高効率を維持できる点が特徴である。
水力発電所の水圧管路及び調圧水槽（サージタンク）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 5
負荷遮断などでガイドベーンが急閉すると、水圧管路内の圧力が急上昇する（水撃作用）。サージタンクは、圧力水路と水圧管路の接続点付近に設けて水位が上下することで水量の過不足を吸収し、水撃圧が長い圧力水路に伝わるのを抑える。閉鎖時間を長くするほど水撃圧は小さくなる。
ダムの形式に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
重力式コンクリートダムは自重で水圧に抵抗するため堤体断面が大きく、堅固な基礎が必要である。アーチダムは水圧をアーチ作用で両岸の岩盤に伝えるため、堤体を薄くできるが、岩盤が堅固で谷幅の狭い地点に適する。フィルダムは天然材料を盛り立てる形式で、越流に弱く洪水吐が必須である。
流況曲線（年間の日流量を大きい順に並べた曲線）上で、年間の超過日数が355日となる流量はどれか。
解答正解 1
流況曲線では、超過日数が95日の流量を豊水流量、185日を平水流量、275日を低水流量、355日を渇水流量という。水力発電の計画では、これらの流量から使用水量や発電可能電力量を検討する。
河川の自然流量が一日を通じて一定の10m³/sである地点にある調整池式水力発電所が、1日のうち4時間だけ最大使用水量30m³/sでピーク運転を行い、残りの20時間は一定の使用水量で運転して、1日の流入量と使用量を等しくする。蒸発や漏水を無視するとき、ピーク運転に必要な調整池の有効貯水量として、最小となるものはどれか。
解答正解 2
1日の流入量は10×24×3,600＝864,000m³。ピーク4時間の使用量は30×4×3,600＝432,000m³なので、残り20時間の使用水量は(864,000−432,000)／(20×3,600)＝6m³/sとなる。ピーク時は使用水量が流入量を上回る分(30−10＝20m³/s)を調整池から補うので、必要容量は20×4×3,600＝288,000m³である。非ピーク時は流入10に対して使用6で、差4m³/sを20時間貯水すると4×20×3,600＝288,000m³となり、一致する。