〈技術士 1次試験〉R元年・28問目 水力発電の水路

今日は技術士1次試験のR元年の問題。

28問目の水力発電の水路について。

 

 

過去問は下記のHPから取得できる。

「公益社団法人 日本技術士会」過去問 第一次試験 令和元年度 建設部門

 

水力発電は構造面から「ダム式」と「水路式」とその「ミックス」の3種類がある。

今回の問題は「水路式」の発電方式についての問題となっている。

構造面というのは、どうやって落差を得るのか、という違い。

 

今回は関係ないけど、ネットを調べている途中で見つけたのでメモっておく。

水力とは、流水が持つエネルギーのこと。

流水が持つエネルギーとは、位置エネルギーと運動エネルギーと圧力エネルギーのこと。

それぞれ、mgh、mv/2、mP/ρ

これをmgで除したものを水頭という。

位置水頭・・・h

速度水頭・・・v/2g

圧力水頭・・・P/ρg

単位は高さとなる。

 

話を水力発電に戻す。

水力発電は高い所から水を落として、その時のエネルギーでタービンを回して誘導電力を発生させて電力を得ている。

そのときに、水路式の場合の簡単な構造を知っていると、この問題は解ける。

 

 

選択肢➀ 導水路と放水路

 

これは導水路と放水路という名称の違いを聞いている。

栃木県のHPが分かりやすいのでリンクを貼っておく。

栃木県公式ウェブサイト 水力発電のしくみ

図で見れば一目瞭然。

 

 

 

選択肢② 水路の構造的種類

 

水路は放水路と導水路があることは選択肢➀でやった。

その水路の構造的な種類は?

開渠、暗渠、トンネル、水路橋、逆サイフォンなどがある。

また、水理学的には、無圧水路と圧力水路がある。

そのとおり。

 

 

 

選択肢③ 無圧水路

 

無圧水路の場合、圧送しないので自然流下で落ちる。

通常、勾配を急にすれば、流速は増す。

そのため同じエネルギーを得るのに、水量は少なくて済むので、水路の断面積は小さくて済む。

次に損失落差というものを調べる。

損失落差とは、導水路の勾配や水圧管の摩擦などによる損失(ロス)のこと。

勾配が急になるとエネルギー損失が発生しているらしい。

なので、落差の損失は大きくなる。

 

ちなみに、有効落差というのは、発電力を求める際の元になるものだが、この有効落差は総落差から損失落差(ロス)を差し引いて考える。

総落差というのは、取水位(取水地点の水面標高)と放水位(発電所から放水される水面標高)の標高差(高低差)のこと。

この有効落差と総落差はH30年に出題されている。

 

 

 

選択肢④ 無圧トンネル

 

無圧トンネルなので、トンネル内の上面には水が触れないのだろう。

岩盤が良好な場合、天端アーチ部を素掘りのままとする、というのもありかな、と思う。

人が通る訳でもないので化粧をする必要もないだろうし。

 

 

 

選択肢⑤ 圧力導水路

 

サージタンクについて知らなければいけない。

導水路の先に「水槽」がある。

導水路が圧力水路であった場合、ここでの水槽は「サージタンク」と呼ばれる。

圧力水路内では当然、水に圧力が掛かっているが、あまり圧力が上昇すると水管に負荷が掛かってしまう。

そこでサージタンクでは過剰な圧を逃がし、水管が痛むのを防ぐ役割を果たしている。

 

分かりやすいHPがあったのでリンクを貼っておく。

基礎から分かる電気技術者の知識と資格

 

動水勾配というのは、ある地点間の水頭差を距離で割ったもの。

なので、単位長さあたりの水頭差となる。

なぜ、水頭差が生まれるかは損失水頭があるから。

 

選択肢➀にもあるように、取水口からサージタンクまでの導水路において、動水勾配線以下になるように、水路を設置する。

すると、水路勾配に関係なく動水勾配で流下するらしい。

なんか、よく分からない。

 

 

 

選択肢⑤はよく分からなかった。

たぶん水理学が分かっていないからだと思う。

また、いつか挑戦する。

 

 

 

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