水力発電

中国の三峡ダム。この水力発電ダムは、設備容量で世界最大の発電所です

水力発電（古代ギリシャ語のὑδρο（水）に由来）は、水力または水力エネルギーとしても知られ、落下する水や高速で流れる水を利用して発電したり、機械に動力を与えたりすることです。これは、水源の重力による位置エネルギーまたは運動エネルギーを変換して電力を生み出すことによって実現されます。[ 1 ]水力発電は持続可能なエネルギー生産方法です。現在、水力発電は主に水力発電に使用されており、揚水式水力発電として知られるエネルギー貯蔵システムの半分としても適用されています

水力発電は、二酸化炭素やその他の大気汚染物質を直接排出せず、比較的安定した電力源となるため、化石燃料の魅力的な代替手段です。しかしながら、経済的、社会学的、環境的な面での欠点があり、河川や高架湖など、十分にエネルギーのある水源を必要とします。[ 2 ]世界銀行などの国際機関は、水力発電を経済発展のための低炭素手段と見なしています。[ 3 ]

古代から、水車による水力発電は、灌漑や、製粉所、製材所、繊維工場、トリップハンマー、ドッククレーン、家庭用リフト、鉱石工場などの機械装置の稼働のための再生可能エネルギー源として利用されてきました。落水から圧縮空気を生成するトロンペは、遠隔地にある他の機械に動力を供給するために使用されることもあります。 [ 4 ] [ 1 ]

利用可能な電力量の計算

水力発電資源は、利用可能な電力によって評価できます。電力は水頭と体積流量の関数です。水頭は、水の単位重量（または単位質量）あたりのエネルギーです。[ 5 ]静水頭は、水が落下する高さの差に比例します。動水頭は、流水の速度に関係しています。水の各単位量は、その重量と水頭の積に等しい量の仕事を行うことができます。

計算機
効率85  %
流量1 m 3 /秒
落差 10m
密度999.4kg / m³
加速度9.80665 m/s²
力83.307kW
設備利用率65  %
年間発電量474.665MWh

落水から得られる電力は、水の流量と密度、落下の高さ、および局所的な重力加速度から計算できます

W˙アウト＝−η m˙g Δh＝−η ρV˙ g Δh{\displaystyle {\dot {W}}_{\text{out}}=-\eta \ {\dot {m}}g\ \Delta h=-\eta \ \rho {\dot {V}}\ g\ \Delta h}
ここで
  • W˙アウト{\displaystyle {\dot {W}}_{\text{out}}}（仕事流量）は有効出力（SI単位：ワット）です
  • η{\displaystyle \eta}（「イータ」）はタービンの効率（無次元）である。
  • m˙{\displaystyle {\dot {m}}}質量流量（SI単位：キログラム/秒）
  • ρ{\displaystyle \rho }（「ロー」）は水の密度です（SI単位：キログラム/立方メートル）
  • V˙{\displaystyle {\dot {V}}}体積流量（SI単位：立方メートル/秒）
  • g{\displaystyle g}重力加速度（SI単位：メートル毎秒）
  • Δh{\displaystyle \Delta h}（「デルタh」）は、出口と入口の間の高さの差です（SI単位：メートル）

例えば、効率85%、流量80立方メートル/秒（2800立方フィート/秒）、落差145メートル（476フィート）のタービンの出力は約97メガワットです。[注1 ]

W˙アウト＝0.85×1000 （kg/m3)×80 （m3/秒)×9.81 （m/秒2)×145 m≈97×106 （kg m2/秒3)＝97 MW{\displaystyle {\dot {W}}_{\text{out}}=0.85×1000\ ({\text{kg}}/{\text{m}}^{3})×80\ ({\text{m}}^{3}/{\text{s}})×9.81\ ({\text{m}}/{\text{s}}^{2})×145\ {\text{m}}\approx 97×10^{6}\ ({\text{kg}}\ {\text{m}}^{2}/{\text{s}}^{3})=97\ {\text{MW}}}

水力発電所の運営者は、発電した総電力とタービンを通過する水の理論的な位置エネルギーを比較して効率を計算する。効率計算の手順と定義は、ASME PTC 18やIEC 60041などの試験規格に記載されている。タービンの現地試験は、メーカーの効率保証を検証するために使用される。水力タービンの効率の詳細な計算では、発電用水路または水圧管路における流体摩擦による水頭損失、流量による放水位上昇、発電所の位置と変化する重力の影響、気温と気圧、周囲温度における水の密度、取水池と放水池の相対高度が考慮される。正確な計算を行うには、四捨五入や定数の有効桁数による誤差を考慮する必要がある。[ 6 ]

水車などの一部の水力発電システムは、水位を必ずしも変化させることなく、水の流れから電力を引き出すことができます。この場合、利用可能な電力は流水の運動エネルギーです。オーバーショット水車は、両方のタイプのエネルギーを効率的に捕捉できます。 [ 7 ]河川の流量は季節によって大きく変動します。水力発電所の開発には、年間のエネルギー供給の信頼性を評価するために、時には数十年にわたる流量記録の分析が必要です。ダムや貯水池は、水流の季節変動を平滑化することで、より信頼性の高い電力源を提供します。しかし、貯水池は、自然発生する河川流量の変化と同様に、環境に大きな影響を与えます。ダムの設計は、その場所で予想される最悪のケースである「想定最大洪水」を考慮する必要があり、洪水をダムの周囲に流すための放水路がしばしば設けられます。最大洪水を予測するために、水力盆地のコンピュータモデルと降雨量・降雪量の記録が使用されます。

欠点と限界

水力発電にはいくつかの欠点が指摘されています。ダムの決壊は、人命の損失、財産の損失、土地の汚染など、壊滅的な影響を及ぼす可能性があります

ダムや貯水池は、一部の動物が上流へ遡上するのを妨げたり、下流に放出された水を冷却して酸素を奪ったり、微粒子の沈殿による栄養分の損失など、河川生態系に大きな悪影響を及ぼす可能性があります。 [ 8 ]河川堆積物は河川デルタを形成しますが、ダムは侵食によって失われたものの回復を妨げます。[ 9 ] [ 10 ]さらに、ダムや貯水池の建設は、一部の水生種の生息地の喪失につながる可能性があることが研究でわかっています。[ 11 ]

ウェールズのブレコン・ビーコンズ山脈から流れ落ちる水の力を利用した水力発電計画。2017年

大規模で深いダムや貯水池発電所は広大な土地を覆い、水中の植物の腐敗による温室効果ガス排出を引き起こします。さらに、他の再生可能エネルギー源に比べると低いレベルですが、水力発電は年間約10億トンのCO2温室効果ガスに相当するメタン（CH4）を排出することが判明しています。[ 12 ]これは、水の酸素欠乏によって嫌気性消化が促進され、貯水池の底に有機物が蓄積することで発生します。[ 13 ]

水力発電所の建設予定地の近くに住む人々は、建設中や貯水池の堤防が不安定になったときに避難を余儀なくされる。[ 11 ]もう1つの潜在的なデメリットは、文化遺産や宗教施設が建設の妨げになる可能性があることだ。[ 11 ] [注2 ]

用途

落水で動く獅子威しは、竹のロッカーアームが岩に当たる音で日本庭園の静寂を破ります

機械力

水車

ベルギー、ブレン・ル・シャトーの水車（12世紀）
イギリス、ライム・リージスの水車小屋の内部（14世紀）

水車または水車は、水力を利用した工場です。水車または水タービンを用いて、製粉（粉砕）、圧延、ハンマー打ちなどの機械的プロセスを駆動する構造です。これらのプロセスは、小麦粉、木材、紙、繊維、そして多くの金属製品など、多くの原材料の生産に必要です。これらの水車には、製粉所、製材所、製紙工場、繊維工場、ハンマーミル、トリップハンマーミル、圧延工場、伸線工場などが含まれます。

水車を分類する主な方法の一つは、水車の向き（垂直型または水平型）です。垂直型は歯車機構を介して垂直水車で駆動し、水平型は歯車機構を持たずに水平水車を備えています。前者は、水が水車の羽根に当たる位置によって、下掛け式、上掛け式、胸掛け式、そしてピッチバック式（後掛け式または逆掛け式）の水車にさらに細分化されます。水車を分類するもう一つの方法は、設置場所に関する基本的な特徴です。潮汐式水車は潮の動きを利用し、船舶式水車は船舶に設置された（船舶を構成する）水車です。

水車は、設置されている水路の河川動態に影響を与えます。水車が稼働している間は、特に逆流域で河川の堆積が進みます。[ 14 ]また、逆流域では、洪水の発生や隣接する氾濫原の堆積が増加します。しかし、時間の経過とともに河岸が高くなるため、これらの影響は相殺されます。[ 14 ]水車が撤去された場所では、河川の浸食が進み、河川は深くなります。[ 14 ]

鉄道輸送

水力鉄道とは、水の重さを利用して車両を動かす ケーブルカー、ロープウェイ、またはケーブル鉄道です

圧縮空気

十分な水頭があれば、可動部品を使わずに圧縮空気を直接生成することができる。この設計では、高位取水口で乱流またはベンチュリー減圧器によって生成された気泡と、落下する水柱を意図的に混合する。これにより、水柱は竪坑を下り、地下の高い天井のチャンバーに落下する。そこで圧縮された空気は水から分離して閉じ込められる。落下する水柱の高さによってチャンバー上部の空気は圧縮された状態が維持される一方、チャンバー内の水位より下に設置された出口から、取水口よりも低い位置で水が地表に戻る。チャンバーの天井にある別の出口から圧縮空気が供給される。この原理に基づく施設が1910年にオンタリオ州コバルト近郊のラギッドシュートのモントリオール川に建設され、近隣の鉱山に5,000馬力を供給した。[ 15 ]

電気

水力発電は水力発電の最大の用途です。水力発電は世界の電力の約15%を発電し、35カ国以上の総電力供給の少なくとも50%を供給しています。[ 16 ]  2021年には、世界の水力発電の設置容量は約1400GWに達し、すべての再生可能エネルギー技術の中で最高となりました。[ 17 ]

水力発電は、敷地の標高によって存在する水の位置エネルギー、または移動する水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することから始まります。[ 18 ]

水力発電所は、エネルギーを採取する方法が多岐にわたります。ダムと貯水池を組み合わせたタイプもあります。貯水池の水は、ダムと貯水池を結ぶ水路を通って必要に応じて利用でき、発電に使用されます。水はタービンを回転させ、タービンは発電機に接続され、発電を行います。[ 18 ]

もう1つのタイプは流れ込み式発電所と呼ばれます。この場合、貯水池を持たず、水の流れを制御するために堰堤が建設されます。流れ込み式発電所は継続的な水の流れを必要とするため、需要に応じて電力を供給する能力は低くなります。流水の運動エネルギーが主なエネルギー源です。[ 18 ]

どちらの設計にも限界があります。例えば、ダム建設は近隣住民に不快感を与える可能性があります。ダムと貯水池は比較的広い面積を占めるため、近隣住民の反対を受ける可能性があります。[ 19 ]さらに、貯水池は下流の生息地に悪影響を与えるなど、重大な環境影響を及ぼす可能性があります。[ 18 ]一方、流れ込み式発電の限界は、発電プロセスが季節的な河川流速に依存するため、発電効率が低下することです。つまり、雨季は乾季に比べて発電量が増加します。[ 20 ]

水力発電所の規模は、マイクロ水力と呼ばれる小規模なものから、国全体に電力を供給する大規模なものまで様々です。2019年現在、世界最大の5つの発電所はダム式水力発電所です。[ 21 ]

水力発電は、揚水発電によって高さの異なる2つの貯水池の間に位置エネルギーとしてエネルギーを貯蔵することもできます。需要が低い時期には水を貯水池に汲み上げ、需要が高いときやシステムの発電量が低いときに発電のために放出します。[ 22 ]

水力発電の他の形態としては、海、河川、人工運河システムから発生する潮力エネルギーを利用して発電する潮流発電機がある。 [ 18 ]

雨の力

数十億リットルもの雨水が降り注ぐ可能性があり、適切に利用すれば膨大な量の電気エネルギーを生み出すことができます。[ 23 ]雨滴の衝撃エネルギーを利用するなど、雨から発電する様々な方法について研究が行われています。これはまだ初期段階にあり、新しい技術がテスト、試作、そして開発されています。このような電力は雨力と呼ばれています。[ 24 ] [ 25 ]試みられている方法の一つは、「全天候型ソーラーパネル」と呼ばれるハイブリッドソーラーパネルを使用することで、太陽光と雨の両方から発電することができます。[ 26 ]

動物学者で科学技術教育者のルイス・ビジャゾン氏によると、2008年にフランスで行われた研究では、動くことで発電する圧電素子を用いることで、雨滴から12ミリワットの電力を抽出できると推定されています。これは年間で1平方メートルあたり1Wh未満となり、遠隔センサーの電力供給に十分な量です。ビジャゾン氏は、より効果的な活用方法として、降雨水を集めてタービンを駆動する方法を提案しました。185平方メートルの屋根で年間3kWhの発電が可能と推定されています。 [ 27 ]メキシコ工科大学の学生3人が開発したマイクロタービンベースのシステムは、発電に利用されています。Pluviaシステムは、「住宅の屋根の雨どいから流れ落ちる雨水の流れを利用して、円筒形のハウジング内のマイクロタービンを回転させます。このタービンで発電された電力は、12ボルトのバッテリーを充電するために使用されます。」[ 28 ]

雨力発電という用語は、雨を捕らえるプロセスを含む水力発電システムにも適用されている。[ 23 ] [ 27 ]

歴史

古代史

王震（1290～1333年活躍）作『農書』所蔵の水ピストン
セントアンソニーフォールズ、アメリカ合衆国。ここでは小麦粉を製粉するために水力発電が使用されていました。
19世紀後半の直接水力鉱石製錬所

証拠によれば、水力発電の基礎は古代ギリシャ文明にまで遡る。[ 29 ]他の証拠は、水車が同時期に中国で独自に出現したことを示す。[ 29 ]水車と水車の証拠は、紀元前4世紀の古代近東にまで遡る。 [ 30 ]さらに、灌漑機械を使用した水力発電がシュメールやバビロニアなどの古代文明で使用されていたことを示す証拠がある。[ 11 ]研究によると、水車は水力の初期の形態であったことが示唆されている。[ 11 ]

ローマ帝国では、水力製粉所は紀元前1世紀までにウィトルウィウスによって記述されている。 [ 31 ]現在のフランスにあるバルブガル製粉所には16基の水車があり、1日あたり最大28トンの穀物を処理していた。[ 4 ]ローマ時代の水車は、紀元後3世紀後半のヒエラポリスの製材所のように、大理石の製材にも使用されていた。 [ 32 ]このような製材所には、2つのクランクとコネクティングロッドを駆動して2つののこぎりを動かす水車があった。この構造は、エフェソスとゲラサでそれぞれ発掘された6世紀の東ローマ時代の製材所2つにも見られる。これらのローマ時代の水車のクランクとコネクティングロッドの機構は、水車の回転運動をのこぎりの刃の直線運動に変換した。[ 33 ]

中国では、漢王朝（紀元前202年～紀元後220年）の時代に、水力で動くトリップハンマーとふいごは、当初水すくいによって動かされていたと考えられていました。[ 34 ]しかし、一部の歴史家は、水車で動かされていたと主張しています。これは、水すくいでは高炉のふいごを動かす動力がなかったと理論づけられたためです。 [ 35 ]匈奴の水車については多くの文献に記述があり、最も古いものとしては、紀元前40年の『集集頌辞典』、紀元前15年の楊雄の『方言』 、紀元後20年頃に桓旦が著した『新論』などがあります。[ 36 ]また、この時代に技師の杜時（紀元後31年頃）が水車の力を鋳鉄の鍛造におけるピストンふいごに応用しました。 [ 36 ]

紀元前4世紀に遡る古代インドの文献には、cakkavattaka（回転する車輪）という用語が登場し、注釈ではarahatta-ghati-yanta（車輪壺が取り付けられた機械）と説明されているが、これが水力か手動かは学者の間で議論されている[ 30 ]。これに基づき、ジョセフ・ニーダムは、この機械はノリアであったと示唆した。しかし、テリー・S・レイノルズは、「インドの文献で使用されている用語は曖昧であり、水力駆動の装置を明確に示すものではない」と主張している。ソーキルド・シオラーは、「これらの箇所は、水力駆動の揚水車ではなく、何らかの足踏み式または手動式の揚水装置を指している可能性が高い」と主張した。

ギリシャの文献によると、インドは4世紀初頭にローマの水車と浴場を手に入れました。[ 37 ]ダム、放水路、貯水池、水路、水収支はマウリヤ朝、グプタ朝、チョーラ朝時代にインドで発展しました。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

水力発電の初期利用のもう一つの例は、洪水や奔流を利用して鉱脈を掘り出す歴史的な採掘方法であるハッシングに見られる。この方法は、西暦75年以降、ウェールズのドラウコシ金鉱山で初めて使用された。この方法は、スペインのラス・メデュラス鉱山などでさらに発展した。ハッシングは、中世以降のイギリスでも鉛や錫の鉱石を採掘するために広く用いられた。そして、19世紀のカリフォルニア・ゴールドラッシュで使用されたことで、水力採掘へと発展した。[ 41 ]

イスラム帝国は、主にアジア、アフリカ、そしてその周辺地域にまで、広大な地域に広がっていた。[ 42 ]イスラムの黄金時代とアラブ農業革命（8～13世紀）の間、水力発電が広く利用・発展した。潮力発電の初期の利用は、大規模な水力工場群とともに登場した。[ 43 ]この地域では、縮絨工場、製粉所、製紙工場、籾殻工場、製材所、造船所、スタンプ工場、製鋼所、砂糖工場、潮力工場など、さまざまな水力産業用工場が使われていた。11世紀までには、アルアンダルスや北アフリカから中東や中央アジアに至るまで、イスラム帝国中のすべての州でこれらの産業用工場が稼働していた。[ 44 ] : 10 イスラム教徒の技術者も、水車や揚水機に歯車を採用しながら水車を使用していた。彼らはまた、水力源としてダムを利用する先駆者であり、水車や揚水機に追加の電力を供給するために使用されました。[ 45 ]ペルシャ水車を含むイスラムの灌漑技術はインドに導入され、デリー・スルタン朝とムガル帝国時代に地元の方法と組み合わされました。[ 46 ]

さらに、イスラムの機械技術者アル＝ジャザリー（1136-1206）は、著書『巧妙な機械装置に関する知識の書』の中で、50種類の装置の設計図を記している。これらの装置の多くは水力で駆動され、時計、ワインを提供する装置、川や池から水を汲み上げる装置5つ（うち3つは動物の力で駆動し、1つは動物または水の両方で駆動）などが含まれる。さらに、水差しが取り付けられたエンドレスベルト、牛の力で駆動するシャドゥーフ（クレーンのような灌漑用具）、ヒンジ付きバルブを備えた往復運動装置なども含まれていた。[ 47 ]

最初の水力発電タービンを開発したフランスのエンジニア、ブノワ・フルネロン

19世紀

19世紀、フランスの技術者ブノワ・フルネロンは最初の水力発電タービンを開発しました。この装置は1895年にナイアガラの滝の商業発電所に導入され、現在も稼働しています。 [ 11 ] 20世紀初頭、イギリスの技術者ウィリアム・アームストロングは、イギリスのノーサンバーランド州クラグサイドにある自宅に最初の民間発電所を建設し、運営しました。[ 11 ] 1753年、フランスの技術者ベルナール・フォレスト・ド・ベリドールは、垂直軸型と水平軸型の水力機械について解説した著書『Architecture Hydraulique』を出版しました。[ 48 ]

産業革命の需要の高まりも開発を促しました。[ 49 ]イギリスで産業革命が始まった頃は、リチャード・アークライトの水力発電など、新しい発明の主な動力源は水でした。[ 50 ]多くの大規模な工場では水力は蒸気力に取って代わられましたが、18世紀から19世紀にかけては、小型高炉（例えば、ディフィ溶鉱炉）のふいごの駆動や、ミシシッピ川の50フィート（15メートル）の落差を利用したセントアンソニーフォールズに建設された製粉所などの小規模な作業に水力がまだ使用されていました。[ 51 ] [ 50 ]

技術の進歩により、開放型水車は密閉型タービン、すなわち水力モーターへと移行した。1848年、ローウェル閘門運河会社の主任技師であった英国系アメリカ人技師ジェームズ・B・フランシスがこれらの設計を改良し、効率90%の水車を生み出した。[ 52 ]彼は、タービン設計の問題に科学的原理と試験方法を応用した。彼の数学的かつグラフィカルな計算方法により、現場の特定の流れの条件にぴったり一致する高効率タービンを自信を持って設計することができた。フランシス反動水車は現在でも使用されている。1870年代には、カリフォルニアの鉱山産業での使用から派生して、レスター・アラン・ペルトンが高効率ペルトン水車衝動水車を開発し、シエラネバダ山脈特有の高落差水流の水力を利用した。

20世紀

水力発電の近代史は1900年代に始まります。大規模なダムは、近隣の工場や工場に電力を供給するためだけでなく[ 53 ] 、ますます遠方の人々に広範囲の電力を供給するために建設されました。競争が世界的な水力発電ブームの大きな原動力となりました。ヨーロッパは最初に電化するために競い合い、ナイアガラの滝とシエラネバダ山脈にあるアメリカの水力発電所は、世界中でより大きく大胆な創造を促しました[ 54 ] 。アメリカとソ連の資金提供者と水力発電の専門家は、冷戦中にダムと水力発電の福音を世界中に広め、三峡ダムやアスワンハイダムなどのプロジェクトに貢献しました[ 55 ]。 大規模な電化への欲求を水で満たすには、必然的に強力な河川に巨大なダムを建設する必要があり[ 56 ] 、下流と洪水地帯の公共および民間の利益に影響を与えました [57]。必然的に、より小さなコミュニティと疎外されたグループは苦しみました彼らは、企業による洪水で家を追い出されたり、伝統的なサケの遡上経路を遮断されたりすることに抵抗することができなかった。[ 58 ]水力発電ダムによって生み出された停滞した水は害虫や病原体の繁殖地となり、地域的な疫病を引き起こしている。[ 59 ]しかし、場合によっては、水力発電の相互の必要性が、本来は敵対関係にある国々間の協力につながることもある。[ 60 ]

水力発電技術と水力発電に対する考え方は、20世紀後半に変化し始めました。1930年代までに各国は小規模水力発電システムをほぼ放棄していましたが、1970年代には政府の補助金と独立系エネルギー生産者の促進に後押しされ、小規模水力発電所が復活し始めました。[ 56 ] 20世紀前半には大規模水力発電プロジェクトを支持していた一部の政治家が、大規模水力発電プロジェクトに反対する声を上げ始め、ダム計画に反対する市民団体も増加しました。[ 61 ]

1980年代から90年代にかけて、国際的なダム反対運動により、新たな大規模水力発電プロジェクトへの政府や民間の投資家を見つけることが非常に困難になり、ダム反対を訴えるNGOが誕生した。[ 62 ]さらに、他のエネルギー源のコストが下がる一方で、建設費の高騰と優良な建設用地の減少により、1965年から1990年の間に水力発電ダムの新規建設コストは年間4％増加した。[ 63 ] 1990年代には、世界の電力のわずか18％が水力発電によるものだった。[ 64 ]潮力発電も1960年代に代替水力発電システムとして登場したが、いまだに有力なエネルギー源としては定着していない。[ 65 ]

アメリカ合衆国

特にアメリカで水力発電の実験が始まった当初、技術者や政治家たちは、電力を必要とする人々に電力を供給するためではなく、「潜在能力の無駄」という問題を解決するために、大規模な水力発電プロジェクトを開始した。1890年代、ナイアガラフォールズ電力会社が米国初の大規模水力発電プロジェクトであるナイアガラのダム建設を検討し始めたとき、彼らは滝から電気を十分遠くまで送って、実際に十分な数の人々に電力を供給し、設置を正当化するのに苦労した。このプロジェクトは、ニコラ・テスラの交流モーターの発明によって大きく成功した。[ 66 ] [ 67 ]アメリカの反対側では、サンフランシスコの技術者、シエラクラブ、連邦政府がヘッチ・ヘッチー渓谷の適切な利用をめぐって争っていた。国立公園という表向きの保護にもかかわらず、市の技術者たちは1913年にヘッチ・ヘッチー渓谷の水と電力の権利を勝ち取ることに成功した。勝利後、彼らは10年後にヘッチ・ヘッチーの水力発電と水を約束の2倍の価格でサンフランシスコに供給し、電力はPG&Eに売却、PG&Eはサンフランシスコ住民に利益を上げて転売した。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]

アメリカ西部は山岳地帯の河川があり石炭が不足していたため、特にコロンビア川とその支流沿いで早くから水力発電に頼るようになった。開拓局は1931年にフーバーダムを建設し、ニューディール政策における雇用創出と経済成長の優先事項を象徴的に結びつけた。[ 71 ]連邦政府はフーバーに続いてシャスタダムとグランドクーリーダムをすぐに建設した。オレゴン州の電力需要は、第一次世界大戦で石炭を基盤とするエネルギー経済の弱点が明らかになるまで、コロンビア川のダム建設を正当化するものではなかった。その後、連邦政府は相互接続された電力を優先し、大量に供給し始めた。[ 72 ]第二次世界大戦中、3つのダムからの電力はすべて軍需生産に投入された。[ 73 ]

戦後、グランドクーリーダムとそれに付随する水力発電プロジェクトは、コロンビア川流域の農村部のほぼ全域に電力を供給しましたが、推進派が約束したような住民や農業従事者の生活改善には至らず、川の生態系と遡上するサケの個体群にも損害を与えました。1940年代にも、連邦政府はグランドクーリー川の膨大な未使用電力と流水を利用し、コロンビア川岸に原子力発電所を建設しました。この原子力発電所から放射性物質が川に漏れ出し、一帯が汚染されました。[ 74 ]

第二次世界大戦後のアメリカ人、特にテネシー川流域開発公社の技術者たちは、国内のダム建設だけにとどまらず、海外での水力発電の推進に焦点を移した。[ 75 ] [ 76 ]国内でのダム建設は1970年代に入っても続き、開拓局と陸軍工兵隊はアメリカ西部各地で150以上の新しいダムを建設したが、[ 75 ] 1950年代と60年代には、環境への懸念から水力発電ダムに対する組織的な反対運動が勃発した。環境運動は、ダイナソー国定公園とグランドキャニオンに計画されていた水力発電ダムの建設を阻止することに成功し、1970年代の環境法制定により、水力発電に対抗する手段をさらに強化した。70年代と80年代に原子力燃料と化石燃料が増加し、環境活動家が河川の復元を推進するにつれ、アメリカにおける水力発電の重要性は徐々に薄れていった。[ 77 ]

アフリカ

外国勢力や国際機関は、アフリカにおける水力発電プロジェクトを、アフリカ諸国の経済発展を妨害する手段として頻繁に利用してきました。例えば、世界銀行はカリバダムとアコソンボダム、ソ連はアスワンダムを建設しました。[ 78 ]特にナイル川は、ナイル川沿岸諸国と遠方の外国勢力が経済力や国力を拡大するために川を利用した結果の影響を受けてきました。1882年のイギリスによるエジプト占領後、イギリスはエジプトと協力して最初のアスワンダムを建設し、[ 79 ] 1912年と1934年にナイル川の洪水を食い止めるためにダムの高さを高くしました。エジプトの技術者アドリアーノ・ダニノスは、テネシー川流域開発公社の多目的ダムに触発され、アスワン・ハイ・ダムの計画を策定しました

1950年代にガマール・アブドゥル・ナーセルが権力を握ると、彼の政府はアスワン・ハイ・ダム計画の実施を決定し、これを経済開発計画と宣伝した。 [ 76 ]アメリカがダム建設への資金援助を拒否し、エジプト国内の反英感情と隣国スーダンにおけるイギリスの権益も重なってイギリスも撤退した後、ソ連がアスワン・ハイ・ダムに資金を提供した。[ 80 ] 1977年から1990年の間、ダムのタービンはエジプトの電力の3分の1を発電した。[ 81 ]アスワン・ダムの建設は、スーダンの一部をダムが氾濫させ、両国が利用できる水量を減らしたため、ナイル川の共有をめぐってスーダンとエジプトの間で紛争を引き起こした。同じくナイル川沿いに位置するエチオピアは、冷戦の緊張を利用し、1960年代に自国の灌漑と水力発電への投資についてアメリカに援助を要請した。[ 82 ] 1974年のクーデターと17年間続いたエチオピア内戦により進捗が停滞していたが、エチオピアは2011年にグランドエチオピアルネッサンスダムの建設を開始した。[ 83 ]

ナイル川の向こう側では、アフリカの河川や湖沼で水力発電プロジェクトが進められている。コンゴ川のインガ発電所は、19世紀後半のベルギーによる植民地支配以来議論され、独立後に建設に成功した。モブツ政権は発電所の定期的なメンテナンスを怠り、1995年に南部アフリカ電力プールが設立され、多国間の送電網と発電所のメンテナンスプログラムが構築されるまで、発電所の発電能力は低下していた。[ 84 ]コンゴ民主共和国やガーナなど、水力発電が豊富な国は、余剰電力を近隣諸国に頻繁に販売している。[ 85 ]中国の水力発電会社などの外国企業は、アフリカで多数の新規水力発電プロジェクトを提案しており[ 62 ] 、モザンビークやガーナなどの国で既に多くのプロジェクトに資金提供やコンサルティングを行っている。[ 85 ]

小水力発電は、20世紀初頭のアフリカ全土の電化においても重要な役割を果たしました。南アフリカでは、1890年代に小型タービンが金鉱山や初の電気鉄道の動力源となり、ジンバブエでは1930年代に農民が小水力発電所を設置しました。20世紀後半に国の送電網が改善されるにつれて関心は薄れていきましたが、21世紀に入り、南アフリカやモザンビークなどの国の政府、そしてジンバブエなどの国々を支援するNGOは、電源の多様化と農村部の電化向上を目指し、小水力発電の再検討を始めています。[ 86 ]

ヨーロッパ

20世紀初頭、ヨーロッパにおける水力発電の拡大を促した2つの主要な要因がありました。ノルウェーとスウェーデンの北部では、降雨量が多く山岳地帯が豊富な水力発電の優れた資源であることが証明され、南部では石炭不足により政府と公益事業会社は代替電源の模索を余儀なくされました。[ 87 ]

スイスは早くからアルプスの河川とライン川をダムで堰き止め、イタリアやスカンジナビア諸国とともに南ヨーロッパの水力発電競争を繰り広げた。[ 88 ]イタリアのポー平原では、20世紀の主な変遷は水力発電の創出ではなく、機械式水力から電気式水力発電への移行であった。1890年代にはポー川流域で1万2000基の水車が稼働していたが、1898年に完成した初の商業用水力発電所は、機械式水力発電の支配の終焉を告げるものとなった。[ 89 ]これらの新しい大規模発電所は、電力を山岳地方の農村部から低地の都市部へと移した。イタリアは早期にほぼ全国的な電化を優先し、ほぼ完全に水力発電によって、ヨーロッパおよび帝国の支配的勢力として台頭した。しかし、第一次世界大戦前には水利権を決定する決定的な基準に達することができなかった。[ 90 ] [ 89 ]

現代のドイツの水力発電ダム建設は、15世紀に鉱山や工場に電力を供給していた小規模ダムの歴史の上に築かれた。1870年代まで、ドイツの産業の一部は蒸気よりも水車に依存していた。[ 91 ]ドイツ政府は、戦前のウルフトダム、モーネダム、エーダーダムといった大規模ダムの建設を水力発電の拡大のために計画したわけではなく、洪水の軽減と灌漑の改善を主な目的としていた。[ 92 ]しかし、水力発電はこれらのダムの付加価値として急速に発展し、特に石炭資源の乏しい南部で顕著となった。バイエルン州は、第一次世界大戦後の石炭埋蔵量の減少を背景に、1924年にヴァルヒェン湖を堰き止めることで州全体の電力網を確立した。[ 93 ]

水力発電は、北部の「炭鉱王」たちにとって地域の誇りと嫌悪の象徴となったが、北部も水力発電に強い熱意を持っていた。[ 94 ]第二次世界大戦後、水力発電を増やすためにダム建設が急速に増加した。[ 95 ]しかし、ダム建設と水力発電の普及には紛争が伴った。農業関係者は灌漑の減少に苦しみ、小規模な製粉所は水の流れを失い、さまざまな利害関係者がダムの位置をめぐって争い、誰が利益を得て誰の家が水没するかを支配した。[ 96 ]

参照

注記

  1. ^水の密度を1立方メートルあたり1000キログラム（1立方フィートあたり62.5ポンド）、重力加速度を毎秒9.81メートルとします。
  2. ^大規模ダムの開発に関する国際基準については、世界ダム委員会(WCD)を参照してください

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