質問: 発電機の空運転 水力発電機を無負荷で運転したとき、発電機の摩擦などによるエネルギー消費があることはわかりますが、もともとの水力あるいは電力というエネルギーはどこに行くのでしょうか また負荷が大きくなると発電機の回転数が落ちるなんていうことはあるんでしょうか
回答: 電力の発生量は、電力の消費量に時々刻々同じになります。同じになるように発電量を時々刻々調節します。 原発では発電量の調節が短時間できませんのでいつも固定の発電量を発電しています。火力発電や天然ガス発電も原子力と同様、高温・高圧の水蒸気を作ってその蒸気を使ってタービンを回して、それに発電機を連結して発電していますので瞬時には出力を調整する事はできませんが、燃料の噴射量などの調節が、原子力よりはしやすいため、毎日の平均的な消費電力のカーブにあわせて計画発電をするのに使われています。水力発電は、水車の羽根車に送水する送水管の水量バルブを高速に開閉してして、消費電力の時々刻々の電力に見合った水量を調節して、発電機の回転数(これが交流の周波数になる)を一定に保っています。 消費電力は、企業や工場が稼働しない時間帯に減少し、家庭では夜やプロ野球の視聴率の高い時間や極寒や真夏の冷暖房の一斉使用時などには急増します。消費電力が減れば、発電機の回転数が増加しようとしますが、その回転数を先読み予測して、発電機の水車に流し込む水量を増減して回転数を一定に保ちます。消費電力が急増すれば、発電機の回転数が減少しようとしますので、水車に送り込む水量を急増して、発電機の回転数を一定に保つようにすれば、消費電力と同じ発電量が維持できていることになります。 >負荷が大きくなると発電機の回転数が落ちるなんていうことはあるんでしょうか。 負荷(消費電力)が大きくなれば、発電機の回転数が落ちようとしますので、回転数が落ちないように発電機に直結した水車の羽根に当たる水量を増やして水車の回転数を一定に保つようにするのが、電力会社の電力系統の発電量の系統制御(複数の発電所でトータルの消費電力に等しい電力を、各発電所ごとに割り振って、原子力には基本的な固定の電力分の発電をさせ、一日の平均的な消費電力の変化を計画的に火力や天然ガス発電所に割り当て、時々刻々の消費電力の変化分を水力発電に割り当てて、全体としての発電量を消費電力に等しくしているという事ですね。 発電機の回転数は、家庭や工場に提供される電力の周波数ですので、回転機器(モーター)を使う所では即、影響を受けます。 周波数が変動したら、エスカレーターの速度や電車の速度や輪転機の印刷速度や向上の生産ラインの加工品の移動速度やせんべいなどのお菓子の暑さや、瓶詰めの液量調節など、様々なところに影響がでます。 ですから、東日本の50hz、西日本の60hzを正確に一定に保たないと、電力を消費する需要家に非常な損失を与えて損害賠償をする羽目になりますから、電力会社は周波数を一定に保つ事は至上命令なのですね。