水力発電の仕組みと計算｜有効落差と出力、比速度と回転速度、速度調定率、揚水の総合効率【電験三種】

電気計測と測定器までで理論科目のテーマはひととおり終わり、ここから電力科目に入ります。最初のテーマは水力発電です。高いところにある水が低いところへ流れ落ちるとき、水がもっていた位置エネルギーで水車を回し、水車につないだ発電機で電気に変えます。燃料も蒸気も出てこないので、エネルギーの流れは電力科目の発電方式の中でいちばん追いやすい形をしています。この記事では、出力の式に出てくる 9.8 がどこから来るのかという話から始めて、落差の数え方、流量の決まり方、水車の種類と回転速度、調速機、揚水発電の順に進みます。

この記事で押さえること

• 水の動力は ρgQH。水の密度を1,000 kg/m³、重力加速度を9.8 m/s² として W を kW に直すと、9.8QH［kW］ になる。
• 式に入れる落差は有効落差。総落差から、水路や水圧管で失われる損失落差を引いたもので、流量によって変わる。
• 発電所の分け方には軸が2つある。落差の得かた（水路式・ダム式・ダム水路式）と、水の使いかた（流込み式・調整池式・貯水池式・揚水式）。
• 水車は、圧力を速度に変えてから当てる衝動水車（ペルトン水車）と、圧力をもったままの水をランナに流す反動水車（フランシス水車、斜流水車、プロペラ水車）に分かれる。
• 比速度は水車の形を表す数。同じ落差と出力なら、比速度の大きい形式ほど速く回せる。ただし回転速度は、周波数と発電機の極数で決まる値の中からしか選べない。
• 調速機は、回転速度を見て水車に流す水の量を加減する。速度調定率は、出力の変化に対して回転速度（周波数）がどれだけ変わるかの割合。
• 揚水発電の総合効率は、発電と揚水の落差の比に、水車・発電機・ポンプ・電動機の4つの効率を掛けたもの。

出力の式はどこから来るか｜9.8 の正体

質量 m［kg］の水が高さ H［m］だけ下がると、位置エネルギーが mgH［J］ だけ減ります。川の水は流れ続けているので、「1秒あたりにどれだけの水が落ちるか」で考えます。1秒間に流れる水の体積が流量 Q［m³/s］で、水の密度を ρ とすると、1秒間に落ちる水の質量は ρQ［kg/s］ です。1秒あたりのエネルギーは仕事率（動力）なので、単位は W になります。

単位を掛け合わせると、kg/m³×m/s²×m³/s×m＝kg·m²／s³ で、W そのものです。水の密度の1,000と、W を kW に直すときの1,000分の1が打ち消し合って、重力加速度の数字だけが残りました。9.8 は水力発電に特別な係数ではありません。だから答えを W で求めるなら係数は9,800で、流量が1 m³/s、落差が1 m なら9.8 kW です。

9.8 と1,000は、どちらも丸めた値です。国際度量衡総会が1901年に決めた標準の重力加速度は9.80665 m/s²、水の密度は20 ℃・1気圧で約998 kg/m³ です。9.8 との差は0.07%、1,000との差は0.2% なので、有効数字3桁の計算では丸めた値で足ります。問題文に密度や重力加速度が示されていれば、その値を使います。

この式で出るのは、水がもっている動力です。JIS B 0119（水車及びポンプ水車用語）は、有効落差と流量とによって理論上発生できる水の動力を「理論水力」と呼んでいます。水車と発電機にはそれぞれ損失があるので、取り出せる出力は効率を掛けた分だけ小さくなります。

水車効率と発電機効率の積を総合効率と呼びます。効率は掛けるもので、割るものではありません。割ると、損失が大きいほど出力が増えることになってしまいます。求めた出力が理論水力より小さくなっているかを見れば、掛け忘れや割り間違いに気づけます。水車効率は形式と大きさと負荷によって変わります。資源エネルギー庁の「中小水力発電の手引き」（2024年2月）は、フランシス水車の効率を85〜93%程度と紹介し、総合効率は取水のしかたや地点によって異なり、一般に小規模になるほど下がると説明しています。発電機出力から発電所の中で使う電力を引いた値が送電端の出力になる点は、火力発電の仕組みと熱効率で扱う発電端・送電端の区別と同じです。

落差の数え方｜総落差・損失落差・有効落差

取水口の水面と放水口の水面との標高差を総落差と呼びます。水は水車に着くまでに、取水口のスクリーン、導水路、水圧管の壁との摩擦、管の曲がり、弁などでエネルギーを失います。失った分を高さに直したものが損失落差（損失水頭）で、水車が実際に使える落差は、総落差からこれを引いた有効落差です。

損失落差は、発電所ごとに決まった定数ではありません。管の摩擦で失われる水頭は、おおよそ流速の2乗に比例します。同じ管なら流速は流量に比例するので、流量を半分にすると損失落差はおよそ4分の1になります。水車に流す水を絞ると、有効落差は少し増えるということです。貯水池の水位が下がれば、総落差そのものも小さくなります。

ベルヌーイの定理｜位置・圧力・速度の3つのヘッド

流れている水のエネルギーには、高さによるもの、圧力によるもの、速さによるものの3つの形があります。水の重さあたりで表すと、3つとも高さ［m］の単位になります。順に位置ヘッド、圧力ヘッド、速度ヘッドと呼び、3つの和が全ヘッドです。

この式が成り立つのは、損失を無視でき、流れが時間で変わらず（定常）、水が縮まない（非圧縮）とみなせるときです。損失があるときは、下流側の全ヘッドが損失ヘッドの分だけ小さくなります。もう1つ、途中で水が増えも減りもしないことから、管のどの断面でも流量は同じです。断面積を A［m²］とすると Q＝Av で、管が細いところほど流速は大きくなります（連続の式）。

水面（大気圧で、流速はほぼ0）から h だけ低い位置で、水を大気の中へ噴き出させると、位置ヘッドがすべて速度ヘッドに変わります。噴き出す速さは v＝√(2gh) です。圧力ヘッド10 m は約0.098 MPa にあたり、ほぼ1気圧です。

計算例1｜総落差から発電機出力まで

計算例2｜水圧管の中の流速と圧力

発電所の分類｜落差の得かたと、水の使いかた

水力発電所の分け方には、互いに独立した2つの軸があります。1つは落差をどうやって作るか、もう1つは川の水をどう使うかです。

2つの軸は別々に決まります。ダム水路式で貯水池式の発電所もあれば、水路式で流込み式の発電所もあります。「ダム水路式」と「調整池式」を同じ並びの選択肢として出されたときは、どちらの軸の話なのかを先に見ます。池の大きさの説明（1日から1週間程度、季節的）は JIS B 0119 の定義に合わせたもので、実際に調整できる日数は池の容量と川の流量で決まります。

水の通り道は、ダム水路式なら「ダム→取水口→圧力導水路→サージタンク→水圧管路→発電所→放水路→放水口」の順です。水面が空気に触れている水路（無圧水路）で水を導く発電所では、導水路の終わりに上水槽（ヘッドタンク）を置き、そこから水圧管で水車まで一気に落とします。

流量はどう決まるか｜降水量・流況曲線・調整池

落差は地形で決まりますが、流量は雨や雪の降り方で毎日変わります。ある地点を流れる水は、その地点より上流の、雨水が集まってくる範囲（流域）に降った水です。降った水のうち、蒸発したり地下にしみ込んだりせずに川へ出てくる割合を流出係数と呼びます。流域面積250 km²、年降水量2,000 mm、流出係数0.7 なら、1年間に川へ出てくる水は 250×10⁶×2.0×0.7＝3.5×10⁸ m³ です。1年は31,536,000秒なので、年平均流量は約11.1 m³/s になります。面積を m² に、降水量を m に直してから掛けるのが、桁を間違えないこつです。

平均だけでは、発電所の大きさを決められません。1年間の毎日の流量を、日付に関係なく大きい順に並べて線で結んだものを流況曲線と呼びます。横軸は日数で、左端がいちばん流量の多かった日です。この曲線の上の4つの点には名前があります。

国土交通省の資料では豊水流量、平水流量、低水流量、渇水流量と書かれています。大きい順に並べた95番目、185番目、275番目、355番目の流量のことで、日数が大きいほど流量は小さくなります。

発電所が使う水の上限（最大使用水量）を流況曲線のどこにとるかで、設備の大きさと使われ方が変わります。流況曲線を直線で近似した仮の川（最大40 m³/s から1日あたり0.1 m³/s ずつ下がり、豊水量30.5、平水量21.5、低水量12.5、渇水量4.5 m³/s）で、流込み式の発電所を考えます。流量が最大使用水量を超える日は最大使用水量だけを使い、下回る日は流れてくる水を全部使うとして、1年の平均を出した結果が次の表です。落差と効率は一定とし、流量の単位は m³/s です。

設備利用率は、ある期間の平均の出力を最大出力で割った値です。落差と効率が一定なら、出力は流量に比例するので、流量の比がそのまま設備利用率になります。最大使用水量を大きくとると、水車と発電機は大きくなり、1年間の発電電力量は増えますが、設備がいっぱいまで働く日は減ります。渇水量に合わせれば、設備はほぼ1年じゅう全力で働くかわりに、川の水の大半（この川では年平均21.75 m³/s のうち約8割）を使わずに流すことになります。年間の発電電力量を設備利用率から求める計算は、水力発電ミニテスト第1回の第5問で練習できます。

調整池があると、流れてくる水をためておいて、電気がたくさん要る時間にまとめて使えます。川の流量が1日じゅう6.0 m³/s の地点で、需要の少ない18時間は3.0 m³/s で発電し、残りを池にためるとします。たまる水は (6.0−3.0)×18×3,600＝194,400 m³ です。これを需要の多い6時間で使い切ると、上乗せできる流量は 194,400／(6×3,600)＝9.0 m³/s で、その時間帯は15.0 m³/s で発電できます。1日に使う水の量は、どちらの運転でも6.0 m³/s の24時間分で、変わりません。池に必要な有効容量は194,400 m³ です。

水車の種類｜衝動水車と反動水車

水車は、水のエネルギーをどの形でランナ（羽根車）に渡すかで2つに分かれます。JIS B 0119 の定義では、圧力ヘッドを速度ヘッドに変えた流水をランナに作用させるのが衝動水車、圧力ヘッドをもつ流水をランナに作用させるのが反動水車です。

ペルトン水車｜ノズルの噴流をバケットで受ける

水圧管の先のノズルから水を空気中へ噴き出させ、その噴流（ジェット）を、ランナの周りに並んだおわん形のバケットに当てて回します。衝動水車の代表です。流量は、ノズルの中のニードル弁を前後に動かして加減します。ランナは空気中で回っているので、ノズルから放水面までの高さは落差として使えません。高い落差で流量が比較的少ない地点に向く水車で、落差が大きければ、使えない高さの割合は小さくて済みます。

噴流はバケットに当たって向きをほぼ逆に変え、出ていきます。バケットが噴流のおよそ半分の速さで動いていると、バケットから見た水は「半分の速さで入ってきて、半分の速さで逆向きに出ていく」ことになり、地面から見ると、出ていく水はほとんど止まっています。水が運動エネルギーをほぼ渡し切った状態で、このあたりで効率が最も高くなります。ノズルが複数ある水車では、使うノズルの本数を減らすことで、少ない流量でも高い効率を保ちやすくなります。

フランシス水車｜渦巻形のケーシングからランナへ

水は渦巻形のケーシングに入り、ランナを取り巻くガイドベーン（案内羽根）を通って、ランナの外周から中心へ向かって流れ込み、軸の方向に向きを変えて出ていきます。流量は、ガイドベーンの開きで加減します。反動水車の代表で、中くらいの落差から高い落差まで広い範囲で使われます。揚水発電のポンプ水車も、多くがこの形です。ランナの羽根の角度は変えられないので、羽根の角度を変えられるカプラン水車や、ノズルの本数を切り替えられるペルトン水車に比べると、流量を大きく絞ったときの効率の下がり方は大きくなります。

斜流水車・プロペラ水車｜低い落差で大きな流量を流す

水がランナを軸に対して斜めに通るのが斜流水車、軸の方向に通るのがプロペラ水車です。落差が低く流量の多い地点に向きます。プロペラ水車のうち、ガイドベーンの開きに合わせてランナの羽根の角度を自動的に変えられるものをカプラン水車と呼び、流量が変わっても高い効率を保てます。斜流水車で同じように羽根の角度を変えられるものがデリア水車です。円筒形の水路の中に水車と発電機を一直線に並べたチューブラ水車（発電機を水路の中の容器に納めたものがバルブ水車）は、さらに低い落差で使われます。

「高い落差」「低い落差」の境目は、何 m と決まっているわけではありません。同じ落差でも、流量が違えば向く形式が変わります。水車を選ぶための図は、落差と流量の2つを軸にして描かれていて、形式ごとの範囲は互いに重なっています。数字の境目を覚えるより、「ペルトン、フランシス、斜流、プロペラの順に、向く落差が低くなり、流量が多くなる」という並びを押さえるほうが役に立ちます。

吸出し管｜反動水車の出口についている管

反動水車のランナの出口から放水面までは、出口に向かって太くなる管でつないであります。これが吸出し管で、役目は2つあります。1つは、ランナから放水面までの高さを落差として使えるようにすること。管の中が水で満たされているので、ランナの出口の圧力が大気圧より低くなり、その分だけランナの前後の圧力の差が大きくなります。もう1つは、ランナを出た水の速度ヘッドを回収すること。管を太くして流速を落とすと、ベルヌーイの定理のとおり、速度ヘッドが圧力ヘッドに戻ります。落差が低い水車ほど、落差に対する出口の速度ヘッドの割合が大きいので、吸出し管の働きが効いてきます。

比速度と回転速度｜水車の形を1つの数で表す

形式の違う水車を同じものさしで比べるために、比速度という数を使います。JIS B 0119 の定義は、水車の形と運転状態とを相似に保ったまま大きさを変えて、単位落差（1 m）で単位出力（1 kW）を発生させるようにしたときの回転速度、です。

式の形から、落差が高くて出力が小さい水車ほど、比速度は小さくなります。形式ごとに使われる比速度の範囲はおおよそ決まっていて、ペルトン水車が最も小さく、フランシス水車、斜流水車、プロペラ水車の順に大きくなります。m-kW は単位記号ではなく、落差を m、出力を kW で入れたことを示す書き方です。

式を n について解くと n＝n_s×H^5/4／√P です。落差と出力が同じなら、比速度の大きい形式ほど回転速度を高くとれます。速く回せば、同じ出力の水車も発電機も小さくなり、建設費が下がります。ところが比速度を大きくすると、ランナの中の流速が上がって、次に説明するキャビテーションが起こりやすくなります。そのため、落差が高い地点ほど、採用できる比速度は小さくなります。

H の4分の5乗は、√ のキーだけで計算できます。H^5/4＝H×H^1/4 で、4分の1乗は √ を2回押した値です。試験では関数電卓を使えませんが、四則演算と √ の計算ができる電卓は使えます。

回転速度は、好きな値にはできません。水車に直結する発電機は同期発電機で、決まった周波数の電気を作るには、周波数と磁極の数で決まる速さで回す必要があるからです。

磁極はN極とS極が対になるので、極数は偶数です。50 Hz なら、12極で500、14極で約429、16極で375 min⁻¹ と、とびとびの値になります。水車は蒸気タービンに比べて回転がゆっくりなので、水車発電機は極数の多い発電機になります（同期速度の式が出てくる理由は、機械科目の同期機の原理と特性）。

計算例3｜比速度から回転速度と極数を決める

キャビテーション｜圧力が下がったところで水が沸騰する

水は、圧力が下がると低い温度でも沸騰します。水車の中で流れが速くなって圧力が下がり、その水温での飽和蒸気圧を下回ると、水が蒸気の泡になります。泡は流されて圧力の高いところへ来るとつぶれ、そのときの衝撃が、ランナやその周りの表面を少しずつ削ります（壊食）。振動と騒音も出て、ひどくなると効率が下がります。これがキャビテーションです。反動水車ではランナの出口側から吸出し管の入口あたり、ペルトン水車ではノズルやバケットで起こります。

起こりにくくするには、圧力が下がりすぎないようにします。水車を放水面に対して低い位置に据えて吸出し高さを小さくする、比速度を大きくとりすぎない、効率のよい範囲から大きく外れた流量での運転を避ける、流れに触れる面をなめらかに仕上げ、壊食に強い材料を使う、といった対策があります。吸出し管で落差をかせごうとして水車を高い位置に置くほど、ランナ出口の圧力が下がるので、吸出し高さには限度があります。

調速機と速度調定率｜回転速度を保つしくみ

発電機につながった負荷が減ると、水車が回そうとする力が余り、回転が速くなります。回転速度は周波数に比例するので、放っておけば周波数が上がります。負荷が増えたときは逆です。そこで、回転速度を検出して、ガイドベーン（ペルトン水車ではニードル弁）の開きを自動的に変え、水の量を加減する装置をつけます。これが調速機（ガバナ）です。

調速機には、「出力が減るほど、少しだけ高い回転速度で落ち着く」という、右下がりの特性をもたせてあります。その傾きを表すのが速度調定率です。JIS B 0119 の定義は、調速機に調整を加えずに発電機の負荷を変化させたときの、定常状態における回転速度の変化分と負荷の変化分との比、です。式で書くと次のようになります。

分子も分母も、定格の値に対する割合です。定格出力で運転していた発電機の負荷をすべて外したとき（P₁＝P_n、P₂＝0）、回転速度が定格の何%上がって落ち着くか、と読むと分かりやすくなります。速度調定率が4% で定格回転速度が300 min⁻¹ なら、無負荷で落ち着く速さは312 min⁻¹ です。

大きな電力系統につながっている発電機は、どれも同じ周波数で回っています。このときは回転速度を周波数に読み替えて、「周波数が定格の何%変わると、出力が定格の何%変わるか」として使います。速度調定率が小さい発電機ほど、同じ周波数の変化に対して出力を大きく変えます。負荷の変化を多く引き受ける、ということです。

計算例4｜2台の発電機が負荷の変化を分け合う

負荷が急になくなったとき｜回転の上がりと水撃作用

送電線の事故などで発電機が系統から切り離されると、負荷が一瞬でなくなります。水車に入る水の動力はそのままなので、回転速度が急に上がります。調速機はガイドベーンを閉じにいきますが、ここで2つの要求がぶつかります。速く閉じれば回転の上がりは小さくて済みますが、水圧管の中を流れていた水を急に止めることになり、管の中の圧力が大きくはね上がります。これを水撃作用（水撃現象）と呼びます。ゆっくり閉じれば圧力の上がりは小さくなりますが、回転がそのぶん大きく上がります。負荷が急に変わったときの回転速度の変化の大きさを定格回転速度に対する割合で表したものが速度変動率、圧力の変化の大きさを、水が止まっているときの落差（静落差）に対する割合で表したものが水圧変動率です。

• サージタンク：圧力導水路と水圧管のあいだに置く、水面をもった水槽。流量が急に変わったとき、タンクの水位が上下して圧力の変化を吸収する。圧力の大きな変化が及ぶ範囲を、タンクから下流の水圧管だけに限る働きがある。
• デフレクタ：ペルトン水車で、噴流を折り曲げてバケットに当たらないようにする部品。水車に入る動力を先に断ち、ニードル弁はそのあとゆっくり閉じる。
• 制圧機：反動水車で、ガイドベーンを急に閉じるときに水圧管の水を別の出口から逃がし、圧力の上がりを抑える装置。

負荷がなくなったあと、ガイドベーンが開いたままで回り続けたときに達する回転速度を、無拘束速度と呼びます。水車と発電機は、この速さでも壊れない強さに作ります。

揚水発電｜電気を水の高さとして蓄える

発電所の上と下に池をつくり、電気が余っている時間帯に下の池の水を上の池へくみ上げ、電気が足りない時間帯にその水を落として発電します。電気を水の位置エネルギーの形で蓄える設備です。上の池に川からの流れ込みがほとんどなく、くみ上げた水だけで発電するものを純揚水式、川の水も合わせて使うものを混合揚水式と呼びます。水車とポンプを1台で兼ねるポンプ水車と、発電機と電動機を兼ねる発電電動機を使い、回転の向きを逆にして発電と揚水を切り替える方式が広く使われています。

発電のときと揚水のときとで、損失落差の効き方が逆になります。総落差（上の池と下の池の水面の高さの差）を H₀、発電のときの損失落差を h_g、揚水のときの損失落差を h_p とします。発電のときに水車が使える落差は H₀−h_g です。揚水のときは、高さ H₀ だけ持ち上げるのに加えて、管の損失にも打ち勝たなければならないので、ポンプが出すべき揚程（全揚程）は H₀＋h_p です。

揚水の入力では、効率で割ります。水に与える動力 9.8Q_p(H₀＋h_p) が「出力」で、電動機に入れる電力はそれより大きくなければならないからです。発電は入力に効率を掛けて出力を求め、揚水は出力を効率で割って入力を求めます。

同じ量の水をくみ上げて、また落とすとします。発電で得られる電力量を、揚水に使った電力量で割ると、水の量と9.8が消えて、次の式が残ります。

4つの機器の効率の積に、落差の比が掛かります。損失落差は、発電のときに落差を減らし、揚水のときに揚程を増やすので、往復で2回効きます。値は発電所や運転のしかたで変わりますが、日本エネルギー学会の機関誌の解説は、充放電の総合効率を概ね70%程度としています。

もともと揚水発電は、夜間に余る電力で水をくみ上げ、昼間に発電する使い方をしてきました。太陽光発電が増えた地域では、発電量の多い日中にくみ上げて、朝や夕方から夜に発電する使い方も行われています。回転速度が一定の発電電動機では、ポンプの特性から、揚水のときの入力をほとんど変えられません。回転速度を変えられる可変速揚水発電システムは、揚水のときにも入力を調整できるので、くみ上げながら周波数の調整に加われます。

計算例5｜揚水発電所の出力・入力・総合効率

式に入れる前に確かめること

理解度チェック

ここからの3問は当サイトが用意したもので、公表されている試験問題の転載ではありません。解答の欄には、正解以外の4つの選択肢がどういう計算や考え方から出てくる値なのかも書きました。

確認1｜発電機出力から、必要な流量を求める

取水口と放水口の水面の標高差が148 m の水力発電所がある。損失落差は総落差の5.0% である。水車効率を0.89、発電機効率を0.96 とするとき、発電機出力12,000 kW を得るために必要な流量［m³/s］として、最も近いものを選べ。

1. （1）7.44
2. （2）8.71
3. （3）9.22
4. （4）9.68
5. （5）10.2

確認2｜揚水発電所の総合効率

総落差300 m の揚水発電所がある。損失落差は、発電のときも揚水のときも6 m である。水車効率0.89、発電機効率0.98、ポンプ効率0.87、電動機効率0.98 とし、くみ上げる水の量と発電に使う水の量は等しいとする。この発電所の総合効率として、最も近いものを選べ。

1. （1）68.6%
2. （2）71.4%
3. （3）74.4%
4. （4）77.4%
5. （5）87.2%

確認3｜水車と調速機の記述

水力発電所の設備について述べた次の文のうち、正しいものを1つ選べ。

1. （1）ペルトン水車は反動水車で、吸出し管によって、ランナから放水面までの高さを落差として利用する。
2. （2）キャビテーションは、水車の中で圧力が高くなった部分の水が泡になる現象で、吸出し高さを大きくとるほど起こりにくい。
3. （3）速度調定率の大きい発電機ほど、周波数が変化したときの出力の変化が大きく、負荷の変化を多く引き受ける。
4. （4）有効落差と水車出力が同じなら、比速度の大きい形式の水車ほど回転速度を高くとれるが、キャビテーションは起こりやすくなる。
5. （5）流況曲線の渇水量は、1年のうち95日はこれを下回らない流量である。

まとめ

• 理論水力は 9.8QH［kW］。9.8 は重力加速度で、水の密度1,000と kW への換算が打ち消し合っている。水車出力は η_t を、発電機出力はさらに η_g を掛ける。
• 有効落差は H₀−h_L。損失落差はおよそ流量の2乗に比例する。位置・圧力・速度の3つのヘッドの和は、損失がなければ一定。
• 落差の得かたは水路式・ダム式・ダム水路式。水の使いかたは流込み式・調整池式・貯水池式・揚水式。
• 流況曲線は流量を大きい順に並べたもの。豊水量95日、平水量185日、低水量275日、渇水量355日。
• 衝動水車はペルトン水車。反動水車はフランシス・斜流・プロペラ水車で、吸出し管をもつ。
• 比速度は n×√P／H^5/4。回転速度は 120f／極数 の中から選ぶ。
• 速度調定率が小さい発電機ほど、負荷の変化を多く引き受ける。分け合う比は「定格出力÷速度調定率」。
• ガイドベーンを速く閉じれば水撃作用が、ゆっくり閉じれば回転の上がりが大きくなる。サージタンク、デフレクタ、制圧機で和らげる。
• 揚水発電の総合効率は (H₀−h_g)／(H₀＋h_p) に4つの効率を掛けたもの。

出典の確認日は2026年10月1日です。総落差、理論水力、総合効率、設備利用率、流況曲線、発電所の分類、衝動水車と反動水車、各水車、吸出し管、比速度、キャビテーション、調速機、速度調定率、速度変動率、水圧変動率、サージタンク、デフレクタ、無拘束速度、純揚水・混合揚水の説明は、JIS B 0119:2009 の定義をもとに、当サイトの言葉で書き直したものです。豊水から渇水までの日数は国土交通省、フランシス水車の効率の目安、出力と年間発電電力量の式、水車を選ぶ図は資源エネルギー庁「導入促進に向けた中小水力発電の手引き」（2024年2月。題名で検索すると、同庁のサイトにある PDF が見つかります）、揚水の総合効率と可変速機と日中の揚水は日本エネルギー学会機関誌「えねるみくす」100巻2号（2021年）の解説、重力加速度は国際度量衡局、水の密度は NIST の公開データによります。損失落差が流量の2乗に比例すること、形式ごとの比速度の大小、流量を絞ったときの効率の傾向、キャビテーションの対策は、水力学と発電工学の教科書で広く使われている説明です。例題と確認問題の数値は当サイトで決めたもので、実在の発電所や機器とは関係がありません。この記事を書いているのは学習中の個人で、発電所の設計や運転の経験にもとづく内容ではありません。