# 水力発電 調査ノート

調査日：2026-10-06。第三種・電力が中心。流況曲線・年間発電量は法規の施設管理とも関連する。ユーザー指定の6論点を起点に、設備と公式のつながりに必要な水文学・分類・現象・制御を追加した。

## 直接確認した公式問題

- [令和6年度上期 電力](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20240818_ch_third_q02.pdf)：問1は衝動水車、ペルトンの流量調整・急停止、小水力とクロスフロー。問2は揚水・発電時の損失水頭と各効率から入力・出力を求める。問15は水車形式、比速度、同期速度と極数。
- [令和6年度下期 電力](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20250323_ch_third_q02.pdf)：問1にAVR・調速機、カプランの可動羽根、ペルトン、水車発電機の回転速度と極数が含まれる。
- [令和7年度上期 電力](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20250831_ch_third_q02.pdf)：問1で理論水力ρgQHの次元・Wの単位を問う。
- [令和4年度下期 電力](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20230326_ch_third_q02.pdf)：問1でベルヌーイの原理、水力の特徴、流況曲線、有効落差が登場する。
- [令和7年度上期 法規](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20250831_ch_third_q04.pdf)：問11で流況曲線、最大使用水量、年間可能発電電力量、設備利用率が登場する。

問題の主題と条件を要約した。選択肢の全文転載・正答番号の推測は行わない。令和8年度上期までの代表回を確認したが、全年度・全回の頻度集計ではないため、「最新の全出題を網羅」「毎年必出」という主張はしない。

## 論点別の必要性・根拠

### 水理学：連続の式・ベルヌーイ
- 必要性：流量とエネルギーを別の保存則で読む。
- 出題根拠：R4下期 電力 問1でベルヌーイを直接確認。連続の式は同問に明示されず、前提概念として追加。
- 定義：定常非圧縮、同じ流れの条件でQ=Av。位置・圧力・速度のエネルギーを水頭で比較する。
- 公式：Q[m³/s]=A[m²]v[m/s]、A=πD²/4。z₁+p₁/(ρg)+v₁²/(2g)=z₂+p₂/(ρg)+v₂²/(2g)+hL。p[Pa]、ρ[kg/m³]、g[m/s²]、z・hL[m]。
- 混同：流量と流速、時系列と超過日数、理想式と損失入りの式。
- 確認：[公式R4下期](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20230326_ch_third_q02.pdf)。式の各項の次元は独自に検算。

### 発電出力・有効落差
- 必要性：出力計算の入口と単位の理解。
- 出題根拠：R7上期 電力 問1、R6上期 電力 問2。
- 定義：H=Hg−hL、理論水力P₀=ρgQH、電気出力P=P₀ηtηg。
- 公式：密度1000 kg/m³、g=9.8 m/s²のモデルでP[kW]=9.8QHη。Q[m³/s]、H[m]、ηは無次元の小数。係数9800はW、0.0098はMW。
- 混同：水車出力と発電機出力、総落差と有効落差、効率の%と小数、電力と電力量。
- 確認：[公式R7上期](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20250831_ch_third_q02.pdf)、[公式R6上期](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20240818_ch_third_q02.pdf)。

### 水車・比速度・同期速度
- 必要性：構造、適用条件、回転速度の式をつなぐ。
- 出題根拠：R6上期 電力 問1・15、R6下期 電力 問1。
- 定義：ペルトンは衝動、フランシスとプロペラ系は反動。カプランは可動羽根のプロペラ系。比速度は相似水車の換算指標。
- 公式：ns=n√Pt/H^(5/4)。n[min⁻¹]、Ptは水車出力[kW]、H[m]。nsの数値は慣用単位系に依存し、無次元量と扱わない。同期速度n=120f/p、f[Hz]、pは磁極数。
- 混同：実回転速度と比速度、比速度のPtに発電機出力を使う誤り、固定プロペラとカプラン、ニードルとデフレクタ。
- 確認：[関西電力の水車解説](https://www.kepco.co.jp/energy_supply/energy/newenergy/water/shikumi/waterwheel.html)、[富士電機の標準水車・発電機](https://www.fujielectric.co.jp/products/energy/wind_power_generation/service_detail/ippan.html)。メーカーの適用落差範囲は機種に依存するため、普遍的境界として掲載しない。

### キャビテーション・吸出し管
- 必要性：反動水車の圧力と据付条件を理解する。
- 出題根拠：今回確認した第三種問題では、この論点単独の問番号は確保していない。ユーザー指定論点として必ず収録。
- 定義：局所圧力が水温に対応する蒸気圧以下になり蒸気泡が生じる。高圧部で崩壊すると損傷等の原因となる。
- 公式：数値演習用のキャビテーション係数や限界値は扱わない。
- 混同：泡の発生と単なる空気混入、キャビテーションと水撃。
- 確認：[ターボ機械学会の解説](https://www.jstage.jst.go.jp/article/tsj1973/4/2/4_2_147/_pdf)、[東芝の模型試験・性能確認](https://www.global.toshiba/content/dam/toshiba/jp/technology/corporate/review/2026/02/2-0.pdf)。古い学術資料は基本物理の確認にのみ使用し、現在の運転基準としては使用しない。

### 揚水発電
- 必要性：電気入力と出力の向き、損失の符号を判定する。
- 出題根拠：R6上期 電力 問2。
- 定義：電気で上池へくみ上げ、必要時に位置エネルギーを回収する。可逆式ではポンプ水車・発電電動機を使う。
- 公式：Hp=Hg+hLp、Pin[kW]=9.8QHp/(ηpηm)。Pout[kW]=9.8Q(Hg−hLg)ηtηg。往復効率=Eout/Ein。入出力の電力量を比較するときは運転時間も含める。
- 混同：揚水の効率を掛ける誤り、発電の損失を足す誤り、揚水は常に夜間という固定的な説明。
- 確認：[公式R6上期](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20240818_ch_third_q02.pdf)、[東芝の水力・揚水解説](https://www.global.toshiba/jp/products-solutions/renewable-energy/products-technical-services/hydro-power.html)。純揚水・混合揚水は周辺概念として追加し、今回確認した問2の直接の主題とは区別。

### ダム・水路・調速機
- 必要性：設備の目的と負荷変化時の動きを理解する。
- 出題根拠：R6上期 電力 問1の急停止、R6下期 電力 問1の調速機とAVR。追加調査でR8上期 電力 問1のダム構造を直接確認。サージタンク単独の問番号は今回未確認。
- 定義：重力式は自重、アーチ式は両岸等への荷重伝達、フィル系は土石材料と遮水構造。調速機は水車入力、AVRは励磁を調整する。
- 公式：速度調定率はδ=(n0−nFL)/nr×100%の定義を明示。問題が定めた基準速度を優先する。
- 混同：AVRと調速機、水槽と水車、急閉鎖と噴流をそらす制御。サージタンクの説明は水路配置と流量変化の物理から補足したもので、R6上期問題に設備名の直接記載があるという意味ではない。
- 確認：[国交省のダム形式](https://www.qsr.mlit.go.jp/kyuragi/introduction/ookisa.html)、[国交省の土質ダム説明](https://www.thr.mlit.go.jp/noshiro/kasen/moriyoshi/detail3.html)、[公式R6下期](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20250323_ch_third_q02.pdf)。

### 水文学・分類・運用の補足
- 必要性：出力だけでなく年間発電量の意味と資源の使い方を理解する。
- 出題根拠：R4下期 電力 問1の流況曲線、R7上期 法規 問11の年間可能発電量。
- 定義：豊・平・低・渇水流量の超過日数は95・185・275・355日。構造方式と運用方式を別軸で整理。
- 公式：簡略水収支から平均流量Q̄=cRA/T、R[m]、A[m²]、T[s]、cは対象期間の流出割合。調整池はΔV=(Qin−Quse−Qother)t、t[s]。一定H・ηのモデルでE[kWh]=9.8Hη∫Quse(t)dt（tはh）。
- 混同：平水流量と平均流量、最大使用水量と河川流量、潜在資源量と開発可能量。
- 確認：[国交省の流量定義](https://www.mlit.go.jp/river/riyou/main/suiriken/kyoka/index.html)、[関西電力の役割・特徴](https://www.kepco.co.jp/energy_supply/energy/newenergy/water/shikumi/index.html)、[公式R7上期 法規](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20250831_ch_third_q04.pdf)。R8上期 電力 問2では降水量・面積・平均海抜から理論的包蔵水力を求める出題を直接確認。水収支は基礎をつなぐ補足で、全論点が確認済み問題に直接登場するという意味ではない。

## 正確性確認

- 式の次元、出力のW/kW/MW、時間のs/h、効率の小数表記を分離。
- 導入CUT 2と総復習CUT 67は同一の4:3全画面画像を使い、設備の実際の流れと四つの知識欄を接続する。
- 各CUTの出典は理解の入口を示す参照。論点の直接出題有無は上記を優先し、参照先PDFにすべての補足説明がそのまま載るとは主張しない。
- 設備順序は代表構成。全発電所に全設備があるとは述べない。
- 復習は計算手順の判定と重要概念を対象にし、CTAは教育部分の後。
- 未実施：過去問正答番号の照合、全年度頻度調査、法規の現行条文検証（今回の範囲外）。


## 全面再制作時の最新出題追補

- [令和8年度上期 電力 公式問題](https://www.shiken.or.jp/chief/upload/20260830_ch_third_q02.pdf)を実際に開いて確認。問1は重力・アーチ・ロックフィル・アース・取水ダムの形式と特徴、問2は面積・平均海抜・年間降水量・流出係数から理論的包蔵水力、問15は揚水の流量・損失・効率・時間を扱う。
- 問1には不適切な選択肢が含まれるため、選択肢の表現を全て正しい事実として転記しない。ダムの構造は国交省の技術解説で確認し、アーチダムの岩盤・地形条件を説明。
- 新稿は設備の流れを先に設計した全面再構成。CUT 2/67で同じ全画面画像を正式な動画CUTとして使用する。旧六枝バブル図ではなく、取水から送電・放水までの実際の流れ、単位付き公式、水車・現象・揚水・問題判定を一枚で接続。
- 全5ページと全体マップをbuilt-in image_genで生成。各ページの目視検品・修正経緯はrender_notes.md。画像本文は短縮版、JSON/Markdownはナレーション全文の正本。