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水力発電の仕組みと計算 ミニテスト【第3回】

水力発電の仕組みと計算」のミニテスト第3回(全5問)です。

水力発電の仕組みと計算 ミニテスト

第1回 第2回 第3回

テストの使い方

まず自分で答えを考えてから「解答を見る」をタップしてください。間違えた問題は解説記事に戻って確認すると効果的です。

第1問

ノズルから噴射した水の運動エネルギーをバケットで受けるペルトン水車について、一般に適するとされる地点の条件はどれか。

(1)低落差・大流量
(2)高落差・小流量
(3)中落差・中流量
(4)落差なし・大流量
(5)全条件に適する

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正解:(2)高落差・小流量
ペルトンは水圧管路の圧力をノズルでいったん速度に変え、その噴流をバケットへ当てて回す衝動水車です。同じ出力なら落差が大きいほど必要な流量は小さくなるため、高落差・小流量の地点に向く傾向があります。低落差・大流量ではカプランなどの反動水車が選ばれます。適用落差の境目は一律の固定値ではなく、地点条件と機種によって変わります。

第2問

ランナの入口と出口で水の圧力がほとんど変わらず、大気圧のもとで噴流の運動エネルギーだけを受け取る衝動水車に分類されるのはどれか。

(1)フランシス水車
(2)プロペラ水車
(3)カプラン水車
(4)ペルトン水車
(5)チューブラ水車

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正解:(4)ペルトン水車
ペルトン水車は圧力エネルギーをノズルで速度エネルギーへ変換し、大気圧に開放されたランナで噴流を受けるため衝動水車に分類されます。フランシス・プロペラ・カプラン・チューブラは、水で満たされたランナ内で圧力が下がりながら仕事をする反動水車で、ケーシングと吸出し管を伴います。

第3問

河川の流量を貯めて発電量を調整する方式のうち、調整池式の一般的な特徴として最も適切なものはどれか。

(1)1日から1週間程度の短期の水量調整ができる
(2)季節をまたぐ長期の水量調整ができる
(3)水量調整はできない
(4)ポンプで下池から上池へ揚水する
(5)海水を利用する

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正解:(1)1日から1週間程度の短期の水量調整ができる
調整池式は比較的小さな池に水を貯め、需要の多い時間帯へ発電を寄せます。調整できる期間は日単位から週単位が目安で、実際の日数は池の容量と河川流量で決まるため固定値ではありません。季節をまたぐ長期の調整は貯水池式、ポンプで上池へ汲み上げるのは揚水式、海水を使うのは海水揚水などの別方式です。

第4問

設備利用率を「年間発電電力量÷(最大出力×年間時間8,760 h)×100」と定義する。年間発電電力量が87,600 MWh、最大出力が20 MWの水力発電所の設備利用率[%]はいくらか。

(1)25
(2)40
(3)50
(4)60
(5)80

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正解:(3)50
最大出力で1年間運転し続けたときの電力量は20 MW×8,760 h=175,200 MWhです。実績の87,600 MWhをこれで割ると87,600/175,200=0.500となり、設備利用率は50%です。MWは出力、MWhは電力量で単位が違うため、先に時間を掛けてから割ります。うるう年や所内消費まで含めて厳密に扱う場合は、時間数と電力量の定義をそろえます。

第5問

ランナ出口や吸出し管など、流速が速く圧力が下がる部分で起こるキャビテーションについて、正しい記述はどれか。

(1)水車の効率が上がる現象
(2)水中に気泡が発生し水車を侵食する現象
(3)水の凍結現象
(4)水位が上がる現象
(5)水路が閉塞する現象

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正解:(2)水中に気泡が発生し水車を侵食する現象
局部の圧力がその水温での飽和蒸気圧を下回ると水が気化して気泡ができ、圧力の高い場所へ流れて崩壊するときの衝撃でランナや吸出し管の表面を壊食します。振動・騒音や効率低下も伴うため、吸出し高さを抑える、比速度を上げすぎない、耐壊食材を使うなどの対策をとります。凍結・水位上昇・水路閉塞とは別の現象です。

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