2012年4月21日土曜日

TDK Science Museum:大いなる河川のエネルギー


 国土の大部分が山地で占められる日本では、いたるところに渓谷や峡谷が存在します。"渓"とは小さな水流が集まるところ、"峡"とは山間が狭まったところという意味で、谷底の両側が断崖となっているのが峡谷です。層雲峡(北海道)、天竜峡(長野県)などのように、交通の便が比較的よいところは古くからの景勝地となっています。大歩危(おおぼけ)・小歩危(こぼけ。徳島県)は、その名の示すとおり古くからの交通の難所。多くの観光客でにぎわう黒部峡谷(富山県)は、つい100年ほど前までは人跡未踏の秘境でした。

 大陸にはもっとスケールの大きな峡谷がいくつも存在します。最も有名なのはアメリカ西部のアリゾナ州にあるグランドキャニオン(大峡谷)です。全長約40 0km、面積は東京都よりも広く、断崖の高さは1600mにも及びます。日本の峡谷と趣が異なるのは、乾燥地帯にあるため植物がまばらなためです。


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 グランドキャニオンはコロラド川の浸食作用によって形成された地形で、断崖には縞模様の地層がはっきりと読み取れます。これは始生代から新生代にかけて堆積した約20億年間の地球の記録で、赤茶けた層は酸化鉄、白っぽい層は砂岩や石灰岩です。石灰岩の層を含むことは、過去に幾度となく水没と隆起を繰り返しながら、河川の浸食を受けたことを示しています。


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 硬い岩石と軟らかい岩石が交互に積み重なっている地層を流れる河川では、しばしば巨大な滝が形成されます。河川の勾配がゆるやかでも、いったん川底の硬い岩盤が削り取られ、軟らかい岩盤が露出すると、川下側から急速に浸食が進み、ついには川上側と落差が生じて滝となるのです。アメリカとカナダの国境に位置するナイアガラの滝は、その代表例です。

 このナイアガラの滝の落差を利用して、大規模な水力発電所が建設されたのは1896年。実用的な交流モータも開発されて、電力は電灯用だけでなく、蒸気機関にかわる工業用動力としても期待されはじめました。驚くべきことに、ナイアガラ水力発電所の建設の4年前に、早くも日本初の公共用水力発電所が完成しています。今なお送電を続けている京都市の蹴上(けあげ� ��発電所です。当時、自家用の水力発電は一部の工場で使われはじめていましたが、公共用の水力発電所は日本はもちろん、世界でもきわめて珍しいものでした。


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 このビッグプロジェクトのリーダーとなったのは、若き土木技術者・田辺朔郎(さくろう)でした。水路を掘削して琵琶湖から水を引き、生活・産業用水に利用するという当初の琵琶湖疏水計画には、水力発電は組み込まれていませんでした。

 しかし、工事が開始されてまもなく、田辺朔郎はアメリカで水力発電の技術が開発されたことを知り、疏水の落差を水力発電に利用しようと思いつきました。このアイデアは市議会に受け入れられ、彼はアメリカに渡ってコロラド州アスペンの水力発電所を視察。2か月という短期間で技術を習得し、帰国後、日本初の水力発電所をみごとに完成させたのです。

 この蹴上発電所の電力を利用 することで、京都市は全国に先駆けて市電を開通させ、産業振興にも大いに貢献しました。東京遷都によって意気消沈していた京都を近代都市として再建したのは、一土木技術者の先見性によって実現した水力発電だったのです。


 自然エネルギーを利用した発電方式が注目されています。水力発電は、水の位置エネルギーや運動エネルギーで水車やタービンを回し、それと連結した発電機を駆動させて電力を得る発電方式で、火力発電のように排出しないのが利点。しかし、国土の狭い日本ではダム建設にふさわしい場所もほとんどなくなってしまいました。

 そこで、最近では小川や農業用水路などを利用したミニ水力発電の実用化が進んでいます。装置がシンプルなものですみ、設置も撤去も容易、環境にも悪影響を与えません。しかし、こうした発電システムは電力供給が不安定なので、24時間・365日ノンストップ運用が前提のネットワーク機器には不向きです。広く使われている商用電源でさえ、落雷や人為的ミスによる停電はもちろん、瞬時の異常な電� ��変化や各種ノイズなどにも、システムダウンやデータ損失などを引き起こします。


 ネットワーク障害の約半分は電源系のトラブルといわれます。そこで、近年、システム維持のため導入されるようになっているのがUPS(無停電電源装置)。バッテリに蓄えた電力をインバータ回路で交流に変換、停電時にも機器の動作を維持する装置です。地震などによって電力供給がストップしたときにも活躍します。



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