水力発電のメリットとデメリット｜環境にやさしいエネルギーの課題と可能性

私たちの暮らしに欠かせない電気。その多くは火力や原子力によって生み出されていますが、環境への負荷や資源の枯渇が課題となっています。そのような中、自然の恵みである雨水や雪解け水などを利用して電気を作り出す水力発電は、日本各地で古くから利用されてきた発電方法です。

水力発電はCO2の排出が少なく環境にやさしい一方で、ダム建設による生態系への影響などいくつかの課題も抱えています。

本記事では、水力発電の仕組みや種類、そしてメリット・デメリットをわかりやすく解説します。日本の現状と今後の展望にも触れながら、これからのエネルギーのあり方を一緒に考えていきましょう。

水力発電の仕組み・発電方法とは？
水力発電を構造物で分けた場合
水力発電を発電方式で分けた場合
水力発電のメリット
水力発電のデメリット
水力発電の現状と将来性
まとめ

水力発電の仕組み・発電方法とは？

水力発電は、高い位置にある水が持つエネルギーを利用して水車を動かし、発電機を回転させる仕組みです。水が落ちる勢いを利用し、エネルギーを電力に変えるため、自然の力を効率よく使えるのが特徴です。日本では1891年（明治24）から取り入れられており、現在も安定した電源として幅広く活用されています。

近年では地球環境の観点からも、火力発電のようにCO2の排出がほとんどないため、風力発電と同様、環境にやさしいクリーンエネルギーとしても注目されています。

参考：日本ガイシ「日本の電灯事業」

水力発電を構造物で分けた場合

水力発電は、作り方や構造によって、以下の3つに分けられます。

ダム式
水路式
ダム水路式

それぞれ発電量や建設コストが異なるため、地域の地形や環境に合わせて方式が選ばれています。

ダム式

大きな貯水池に水を溜め、そこから放流する際の落差を使って発電する方式です。水量を調整しながら運用できるので、電力需要に応じて柔軟に発電量をコントロールできます。ただし、堤体（ていたい）*の規模が大きいぶん、建設費と工期は長くなる傾向があります。また、大規模建設になるため、地元住民の賛同・協力が不可欠です。

＊堤体：ダムまたは堤防の本体のこと。

参考：ほくでん「発電所の種類」

水路式

河川の流れを引き込み、落差がつく地点まで水を導いて発電する方式です。ダムを大規模に造らないので、費用が抑えられます。しかし、川の流量に左右されやすいのがデメリットといえます。自然の流れを生かすシンプルな構造が特徴です。

参考：エコスタイル「水力発電のメリット・デメリットとは？ダム式などの仕組みも解説」

ダム水路式

ダムで貯水したうえで、水路を使ってさらに落差のある場所へ水を導く方式です。貯水機能と落差を両立できるため、比較的高い発電量を期待できます。

ダム水路式では、貯水部分と発電所の位置を分けて建設できるのが特徴なので、ダム式に比べて立地条件の選択肢も広がります。ダム式の貯水機能と水路式のメリットを両方活用できるため、まとまった発電量が得られる構造です。ダム式の立地条件を解消しつつ、ダム式のような大規模発電にも対応できるのがダム水路式です。

参考：エコスタイル「水力発電のメリット・デメリットとは？ダム式などの仕組みも解説」

参考：AKATSU　MANUFACTURING「水力発電の特徴とは？種類と仕組みを解説！」

水力発電を発電方式で分けた場合

水力発電は、4つの発電方式に分類されます。

流れ込み式
調整池式
貯水池式
揚水式

それぞれ解説します。

流れ込み式

川の流れをそのまま利用する方式です。貯水せず流量に合わせて発電するため、設備コストが低い一方で、水量の変化が発電量に直結します。発電量の安定性は、自然条件に大きく左右されてしまいます。

参考：エコスタイル「水力発電のメリット・デメリットとは？ダム式などの仕組みも解説」

調整池式

小規模なダムや調整池に水を一時的に溜め、時間帯に応じて発電量を調整する方式です。短期的な需要変動に対応しやすく、日常的な電力調整に向いています。夜間や週末などの電力消費が少ないときには発電量を抑えて水を溜めます。そのため、1日や1週間程度といった短期間の発電量の調整がメリットです。

参考：中部電力「発電方法の種類」

参考：関西電力「関西電力の水力発電の概要」

貯水池式

大きなダムに水を蓄え、必要なタイミングで放水して発電する方式です。季節や年間の電力量に応じて調整することが可能なため、特に雨量や積雪の多い時期に多くの水を溜められます。

電力需要が高い時期に発電量を増やせるので、特にピーク時の運用に向いています。貯水池式に活用される大きなダムの建設には多額の建設費がかかるだけでなく、地元住民の賛同・協力も不可欠です。

参考：関西電力「関西電力の水力発電の概要」

参考：エコスタイル「水力発電のメリット・デメリットとは？ダム式などの仕組みも解説」

揚水式

上下2箇所の貯水池を使って、電力が余る時間帯に下の池から上へ水をくみ上げ、必要なときに発電する方式です。電力のバランスを整える役割を担えるので、バックアップ電源として重要な存在です。

参考：AKATSU MANUFACTURING「水力発電の特徴とは？種類と仕組みを解説！」

水力発電のメリット

水力発電は、燃料を燃やす必要がないため、発電過程でCO2の排出がほとんどありません。再生可能エネルギーの中でも安定供給がしやすく、長期運用での維持費も抑えられます。また、設備寿命が長い点も大きな強みです。環境性と経済性の両面でメリットの多い発電方式といえます。

参考：KYOWA KIRIN「【解説記事】【わかりやすく解説】水力発電の仕組みとメリット・デメリット」

参考：エネチェンジ「水力発電とは？仕組みやメリット・デメリットを解説」

水力発電のデメリット

雨量が少ない季節や異常気象の影響を受けやすく、水量が不足すると発電量が下がる可能性があります。大規模なダム建設には長期の工事と多額の費用が必要で、周辺環境や生態系への影響も避けられません。地域住民の賛同と協力も不可欠なため、建設開始までに長期間時間を要する可能性もあります。

参考：エネチェンジ「水力発電とは？仕組みやメリット・デメリットを解説」

参考：U-POWER「水力発電とは？仕組みや種類、歴史を総まとめ」

水力発電の現状と将来性

日本では、大規模ダム建設がほぼ完了している状況で、近年ではダムの改修や再開発などの工事が中心です。

一方で、中小水力発電に対する関心が高まっています。中小水力発電は、一般に発電能力が3万kW未満の水力発電設備を指します。関心が高まっている理由は、大規模ダム建設が難しい地域や周辺環境への配慮から、小規模な水力発電所の導入が期待されているためです。とりわけ中小水力発電は建築費やランニングコストが比較的安いので、地元の資源を活用した持続可能なエネルギー供給源として注目されています。

このように大規模なダム建設の時代から、環境保護や地元住民への配慮、持続可能なエネルギー供給に配慮した中小水力発電へ移行しつつあるのが、現在の日本の水力発電です。

参考：ASUENE MEDIA「中小水力発電に注目！日本の水力発電の割合と将来の発展性」

参考：SMART ENERGY WEEK「中小水力発電とは？新エネルギーのメリット・課題や将来性、導入事例を紹介」