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| カプラン・タービンと発電機の切り取り図 | 小さな水力タービンの羽根車 (runner) |
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Water turbine - Wikipedia
目的としたことは英国産業革命時の動力源の推移の理解を容易にすることです。 英国産業革命時の工場 (mill) の動力源は最初に水車があり、そこから徐々に水力タービンに変遷していきます。 多くの翻訳では水力タービン (water turbine) のことを水車と訳しているようですが、 これをすると、この変遷が読み取れなくなります。 (例えば クオリー・バンク・ミルを参照のこと。) 更に reaction turbine のことを「反動水車」と訳しているものが見られますが、 ここでは「反作用タービン」の訳語を与えています。ここで述べられている reaction はニュートンの法則における作用・反作用に由来するもので、ニュートンの法則を 前提にすれば「反作用タービン」の訳語しかありえないので、この訳語を採用することに しました。
上に述べたように、このページの目的は英国産業革命時の動力源の推移を理解するためです。 このためには、元々の水車と水力タービンの違いがはっきりする方が、良いと思われます。 元々の欧米の水車は主に 位置エネルギー (potential energy) を利用し、 運動エネルギー (kinetic energy) をあまり利用しません (水車を参照)。 位置エネルギーを利用するために水車には水を格納する容器 (bucket) が付属しますが、 これでは運動エネルギーを有効に利用できません。運動エネルギーを有効に利用するには水が水車に当たったあとで、 速度がほゞ 0 になるようにする必要があり、このためには水車の羽根の形を変えて水が散乱するのを防いだり、 水を通す水路を密閉することなどが必要になります。 これで水力タービンの形に変化していくと思われる。 これは 19 世紀に入り、古典力学への理解が深まるためと思えますが、 逆にこのようなことを通して古典力学への理解が深まるのかもしれません。 タービンは元々は水車と同じように、産業用の動力を直接手に入れることを目的にしていたのですが、 次第に発電に特化し、電気とのつながりが大きくなります。
水力タービン (water turbine) は水の 運動エネルギー (kinetic energy) と 位置エネルギー (potential energy, ポテンシャル・エネルギー) を力学的な 仕事 (mechanical work)に変換する回転機械である。
水力タービンは 19 世紀に開発され、電力網 (electirc grids) 以前に産業動力として広く使用された。 現在、水力タービンは大半が発電に使用されている。 水力タービンは大半がダムに見いだされ、 水の 位置エネルギー (potential energy, ポテンシャル・エネルギー) から電力を生成している。
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| カプラン・タービンと発電機の切り取り図 | 小さな水力タービンの羽根車 (runner) |
水車は産業動力に何百年も使用された。 水車の主な欠点はその大きさであり、これにより利用できる(水の) 流量や 水頭に 制限があるのである。 水車から水力タービンへの移行はおよそ 100 年かかった。 開発されたのは産業革命の時で、科学的原理と方法が使用された。 水力タービンには当時開発された新しい素材と製造方法も大量に使用された。
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| ガンツ・ウォータ・ターボ発電機 (Ganz water Turbo Generator) の建設、1886 年ブダペスト |
「タービン」の用語は 19 世紀始めにフランスの技術者であるクロード・ビュルダン (Claude Burdin) が導入し、「渦をまくこと」や「渦」を意味するギリシャ語の "τύρβη" に由来する。 初期の水力タービンと水車の主な違いは渦を巻くことで、これが回転部分 (spinning rotor, ローター) に エネルギーを伝達する。 この追加の動きにより、同じ馬力の水車よりは小さくすることができた。 水力タービンはもっと速く回転することにより、より多くの水を処理し、 より大きな水頭を利用できた。 (後には、インパルス・タービンが開発され、これは渦を利用しなかった。)
最も初期の既知のタービンはローマ帝国のものである。 らせんタービン・ミルの遺跡で、ほとんど同一のデザインのものが、 現在のチュニジアのシャムトウ (Chemtou) とテストゥール (Testour) で発見された。AD 3 世紀後半か 4 世紀のものである。 角度を付けた羽根がついた水平な水車が水を満たした円形の縦穴の底に設置された。 取り入れ口からの水は縦穴に接線方向で進入し、水の柱に渦を作り、 完全に水没している水車に本当のタービンのように作用した。
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| チュニジアのシャムトウにおけるローマ帝国のタービン・ミル、 水の取り入れ口の接線方向からの水の流入がシャフトに 水没した水平水車を本当のタービンのように回転した。 |
ファウスト・ヴェランティオ (Fausto Veranzio) は彼の本のマシーネ・ノヴァエ (Machinae Novae (新しい装置), 1595年)で、垂直な軸があるミルを記述し、 ローター (rotor, 回転部分) がフランシス・タービン (Francis turbine) のものと類似していた。
ヨハン・セグナー (Johann Segner) は 18 世紀中ごろにハンガリー王国で、 反作用・水力タービン (セグナー・ホイール) を発明した。 これには水平な軸【訳注：垂直な軸の間違い】があり、現代の水力タービンの先祖である。 これは非常に単純な機械で、小規模利用のために現在でも製造される。 セグナーは水力タービンの初期の数学理論に関して オイラーと仕事をしている。 18 世紀にロバート・バーカー (Robert Barker) 博士は類似の反作用・水力タービンを発明し、 これは講義室 (lecture hall) の実演に人気があった。 動力生成に利用されるこの形式のエンジンで、現存するただ一つの実例は 1851 年のもので、プエルトリコのポンセ (Ponce) の アシェンダ・ブエナ・ビスタ (Hacienda Buena Vista、[訳注：コーヒー・プランテーション]) に見出される。
1820 年に、 ジャン=ヴィクトル・ポンスレ (Jean-Victor Poncelet) は内向きフロー・タービン (inward-flow turbine) を開発した。
1826 年に、ベノワ・フネロン (Benoit Fourneyron) は外向きフロー・タービン (outward-flow turbine) を開発した。 これは、効率が高い機械 (～80%) で、 水は一次元的に湾曲した羽根を持つ羽根車 (runner) を通過した。 静止した水の流出口にも湾曲したガイド (guide) が付いていた。
1844 年に、ユーライア A. ボイデン (Uriah A. Boyden) はフネロン・タービンの性能を改良した外向きフロー・タービンを開発した。 この羽根車 (runner) の形はフランシス・タービンと類似のものであった。
1849 年にジェームス B. フランシス (James B. Francis) は内向きフロー・反作用タービン (inward flow reaction turbine) を改善し、 90％ 以上の効率を達成した。 彼はまた、巧妙な試験を実施し、 水力タービンをデザインする技術的手段を開発した。 このフランシス・タービンは、彼にちなんで名付けられ、最初の現代的な水力タービンである。 この水力タービンは今日でもなお世界中で最も広く使用されているものである。 フランシス・タービンはラジアル・フロー・タービン (radial flow turbine) とも呼ばれる。 これは、外部の円周から、羽根車の中心に水が流れるからである。
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| フランシス・タービンの羽根車 百万馬力 (750 MW) に近い。 米国グランド・クーリー・ダム (Grand Coulee Dam) に設置 |
内向きフロー・水力タービン (inward flow water turbine) は機械的な配置が良好で、 全ての現代の反作用・水力タービンはこのデザインである。 水が渦を巻いて流入すると、水が加速し、羽根車にエネルギーを伝達する。 水がタービンの羽根 (blade) を通過して、エネルギーを失うと、 水圧は大気圧、もしくは低大気圧 (subatmospheric) に減少する。
1876 年に、ジョン B. マコーミック (John B. McCormick) はハーキュリーズ・タービン (Hercules turbine) の開発において、 フランシスのデザインで建造し、最初の現代の「混合フロー・デザイン」 (mixed-flow) を実証した。 これは始めは「ホリオーク機械会社」 (Holyoke Machine Company) により製造され、 その後、ドイツと米国の技術者により改良された。 このデザインはフランシス・タービンの 「内向きフロー原理」 (inward flow principle) を ジョンバル・タービン (Jonval turbine) の「下方排出」 (downward discharge) のデザインに結び付け、 取り込み口 (inlet) で「内向き」に流れ (flow inward)、 ホイールの本体 (body) を軸で通り抜け、 出口でわずかに「外向き」になった。 始めは低速で 90% の効率で最適に実行され、 このデザインは続く数十年間に多く改良され、 「ビクター」("Victor"), 「リスドン」 ("Risdon"), 「サンソン」("Sanson") そして 「ニュー・アメリカン」 ("New American") の名称の下に派生し、 米国のタービン技術の新時代になった。
水力タービンは、とりわけ米国で、大体は「ホリオーク試験フルーム」 (Holyyoke Testing Flume) の設立で標準化された。 これは米国で最初の現代的な 水圧実験室 (hydraulic laboratory) として ロバート E. ホートン (Robert E. Horton) とクレメンス・ハーシェル (Clemens Herschel) によって説明され、 ハーシェル (Herschel) はしばらくの間、その主任技術者として貢献した。 始めは 1872 年に、ローウェル・試験フルーム (testing flume of Lowell) のジェームス B. エマーソン (James B. Emerson) によって創設され、 1880 年以後には、 マサチューセッツ州ホリオーク水圧研究所 (Holyoke, Massachusetts hydraulic laboratory) はハーシェル (Hershel) により標準化され、 ハーシェル (Hershel) はこれをベンチュリ・メーター (Venturi meter) の開発に使用した。 ベンチュリ・メーター (Venturi meter) は大きな流れを正確に測定する手段で、 異なるタービン・モデルによる水力の効率を適切に測定した。 ある種の堰計算 (weir calculation) に対する疑念はヨーロッパの水文学者 (hydrologist) が抱いていたが、 施設は 1932 年を通じて、 重要な製造業者の間で、標準的な効率試験に使用され、この年までにもっと現代的な施設と手段が 急速に普及した。
1890 年頃、現代の 流体軸受 (fluid bearing) が発明され、現在では重い水力タービンの軸を支えるために 普遍的に使用されている。 2002 年現在では、 流体軸受が故障するまでの平均時間は 1300 年以上になったようである。
1913 年頃、ヴィクトル・カプラン (Viktor Kaplan) はプロペラ形式のカプラン・タービンを開発した。 これはフランシス・タービンからの進化であったが、 水頭が低い場所での開発能力に革命を引き起こした。
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| プロペラ形式の羽根車、28,000 馬力 (21 MW) |
19 世紀末に至るまで普通の水力機械 (water machine) は (水車も含め) すべて、 基本的には反作用マシンであった； 圧力水頭 (pressure head) が機械に作用し、(力学的な) 仕事 (work) を生成する。 反作用タービンはエネルギーの伝達の間、水を完全に封じ込める必要がある。
1866 年にカリフォルニアのミルライトのサミュエル・ナイト (Samuel Knight) は インパルス・システム (impulse system) を新しい段階に引き上げる機械を発明した。 金鉱の水力採鉱 (hydraulic mining) で使用される高水圧ジェットに インスピレーションを受けて、 ナイトは (幾つもの) バケットが付いたホイールを開発し、 自由ジェット (free jet) のエネルギーを捉え、 高い水頭 (パイプあるいはペンストックの中の垂直な何百フィート) を運動エネルギーに変換した。 これはインパルス・タービン (impulse turbine) とかタンジェント・タービン (tangential turbine) とか呼ばれた。 水の速度は、円周バケットの速度のおよそ二倍で、 バケットで U ターンして、低速度で羽根車 (runner) から落下する。
1879 年に レスター・ペルトン (Lester Pelton) はナイト・ホイール (Knight Wheel)で実験をし、 (二重バケット・デザインの) ペルトン・ホイール (Pelton wheel) を開発した。 これは、水を横に排出し、ナイト・ホイールが 幾分ホイールの中心に排出することによって浪費していたエネルギーを消し去った。 1895 年にウィリアム・ドーブル (William Doble) はペルトンの半円柱の形のバケットを楕円形のバケットに 改良し、ジェットがバケットにうまく入るように切れ込みを入れた。 これがペルトン・タービンの現代の形で、 今日では 92％ までの効率を達成している。 ペルトンは自分のデザインの効果的な推進者であった。 ドーブルはペルトンの会社を乗っ取ったが、 彼はペルトン・タービンの名前をドーブル・タービンにしなかった。 というのはペルトン・タービンの方がブランドとしての知名度が高かったからである。
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| ペルトンの元々の特許の図 (1880 年 10 月) |
ターゴ (Turgo) タービン とクロスフロー (cross-flow, 横断水流) タービンは、後のインパルス・タービンである。
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古いペルトン・ホイール
ドイツ、ヴァルヒェン湖 発電所 |
ターゴ・タービンと 発電機 |
クロスフロー・タービン、 1 排気バルブ、2 給水器、 3 タービン容器 (灰色全て)、4 羽根車、 5 容器の後方蓋、6 羽根、7 水流、8 軸 |
左端のペルトン・ホイールはドーブルによる改良版のように思われます。
流れる水は羽根車 (turbine runner) の羽根 (blade) に向けられ、羽根に力を及ぼす。 羽根車は回転しているため、力はある距離で作用する。 (力がある距離で作用する事が (力学的な) 仕事の定義である。) このようにして、エネルギーが水流からタービンに伝達される。
水力タービンは 2 つのグループに分割される：反作用タービン (reaction turbine) とインパルス・タービン (impulse turbine) である。
水力タービンの羽根 (turbine blade) の正確な形は水の供給圧力と選択された羽根車 (impeller) に依存する。
反作用タービンに水が作用し、水がタービンを通り抜けて、エネルギーを失うにつれ水の圧力が変化する。 反作用タービンは格納容器に入れて、水の圧力 (あるいは吸引力) を封じ込めるか、 もしくは流れの中に完全に水没させる必要がある。
ニュートンの第三法則が反作用タービンのエネルギー伝達の説明をしている。
使用されている大半の水力タービンは反作用タービンで、低水頭 (＜30m or 100 フィート) か 中水頭 (30 - 300 m もしくは 100 - 1000 フィート) の応用に使用される。 反作用タービンでは、圧力の低下が、固定羽根や回転羽根で起きる。 これは主にダムや大型の発電プラントで使用される。
インパルス・タービンはウォーター・ジェット (water jet) の速度を変化させる。 ウォーター・ジェット (water jet) はタービンの湾曲した羽根を押し、羽根は流れの向きを変える。 その結果生じるモーメントの変化 (インパルス) がタービンの羽根に力を引き起こす。 タービンは回転しているので、力はある距離で作用し、 ((力学の) 仕事)、 向きを変えられた水には残されたエネルギーが少ない。 インパルス・タービンではローターの羽根を越えて流れる液体の圧力が一定で、出力されるすべての仕事は 液体の運動エネルギーの変化によるものである。
タービンの羽根に衝突する前に、水の圧力 (ポテンシャル・エネルギー) はノズルによって運動エネルギー に変化し、タービンに焦点を合わせる。 タービンの羽根では圧力の変化が起きず、タービンには動作するための格納容器が必要ではない。
ニュートンの第二法則がインパルス・タービンのエネルギー伝達を説明している。
インパルス・タービンはきわめて高水頭 (＞ 300m / 1000 フィート) の応用で使用される。
水流により利用可能な 仕事率 (Power) は
但し
ある種のタービンは揚水発電用にデザインされている。 これらのタービンは流れを逆にすることができ、 電力需要のオフ・ピーク時には高い貯水池に揚水するポンプとして動作し、 電力需要のピーク時には発電用の水力タービンに変化する。 この形式のタービンはデザイン的にはデリア・タービン (Deriaz turbine) もしくは フランシス・タービンである。
この形式のシステムはカナリア諸島 (Canary Islands) の 1 つである エル・イエロ島 (El Hierro) で使用されている： 「風力発電が需要を上回れば、 余剰のエネルギーに火山錐 (volcanic cone) のふもとの下の貯水池から、 火山の頂上にある海抜 700 m の上の貯水池に汲み上げられる。 下の貯水池は 150,000 m3 の水を貯蔵する。 貯蔵された水は電池として機能する。最大の貯蔵容量は 270 MWh である。 需要が上昇し、風力が十分でなければ、水が 4 基のタービンに解放される。 全容量は 11 MW である。
現代の大きな水力タービンは機械効率が 90％ 以上で動作する。
反作用タービン：
インパルス・タービン：
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| 色々な形式の水力タービンの羽根車、 左から右：ペルトン・タービン、 2 種類のフランシス・タービン、カプラン・タービン |
タービンの選択は利用可能な水頭に基礎を置くが、 利用可能な流量にはそれほど基礎を置かない。 一般に、インパルス・タービンは水頭が高い場所で使用され、 反作用タービンは水頭が低い場所で使用される。 カプラン・タービンで、羽根の傾きが調整可能であれば、 広範囲の領域の流量あるいは水頭の状態に十分に対応する。 というのは、カプラン・タービンの最高効率が、幅広い領域の流量状態で 達成されるからである。
小さなタービン (大半が 10MW 以下) は水平の回転軸でもよく、 かなり大きな 100MW 程度までのバルブ形式のタービン (bulb-type turbine) でさえも水平の回転軸でよい。 非常に大きなフランシスあるいはカプラン・マシンは通常は垂直の回転軸である。 というのは、これにより利用可能な水頭をもっとも良く使用できるからで、 発電機の設置がもっと経済的となるからである。 ペルトン・ホイールは水平な回転軸でも垂直な回転軸のいずでもよい。 というのはマシンの大きさは利用可能な水頭よりもはるかに小さいからである。 ある種のインパルス・タービンでは、 羽根車 (runner) 一台ごとに複数のウォーター・ジェット (water jet) を使用し、 回転軸 (shaft) のスラスト (thrust) の均衡を取る。 これは小さな羽根車 (turbine runner) の使用にも可能で、 コストと機械的損失を減少できる。
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| タービン適用図、縦軸 水頭、横軸 流量、 黄 フランシス、青 カプラン、 桃 クロスフロー、緑 ターゴ、橙 ペルトン |
以下 H は水頭 (m)。
水車 0.2＜H＜2 スクリュー・タービン 1＜H＜10 VLH タービン 1.5＜H＜4.5 カプラン・タービン 20＜H＜40 フランシス・タービン 40＜H＜600 ペルトン・タービン 50＜H＜1300 ターゴ・タービン 50＜H＜250
タービンの 比速度 ns は、大きさには関係せずにタービンの形を特徴づける。 これにより、パーフォーマンスの知られた既存のデザインから 拡大縮小して新しいタービンをデザインすることができる。 比速度は特定の場所に適切な形式のタービンを設置する場合の主な判定条件でもある。 比速度はタービンが単位水頭で特定の出力 (discharge) をする時の、 従って単位仕事率 (unit power) を出力できる速度のことである。
親和法則により、タービンの出力がモデル (model, 模型) のテストから予測できる。 提案されたデザインの縮小レプリカ (miniature replica) --- 直径がおよそ 1 フィート (0.3 m) --- をテストして、 実験室の測定が、最終的な応用に高い信頼性を持って適用できた。 親和法則はテスト・モデルとタービンの間が相似であることを要求することによって導かれる。
タービンを通り抜ける流量はタービンの羽根車 (runner) の周りに配置された大きなバルブあるいはウィケット・ゲート (wicket gate) によって制御される。 異なる水頭 (head) と流量 (flow) を、 幾つかの開口ゲートの異なる値としてプロットすることにより、総合特性カーブ (hill diagram) を生成して、 色々な条件のタービンの効率を示すことに使用される。
水力タービンの無拘束速度 (runaway speed) とは、最大流量でシャフトに負荷がないときの速度のことである。 タービンはこの速度の機械力に耐えるようにデザインされている。 製造業者は無拘束速度の評価を提供する。
異なるデザインの調速機 (governor) が 18 世紀以来、 水力タービンの速度を制御するために使用された。 色々な種類の フライボール・システム (flyball system, 飛翔ボール・システム)、 あるいは第一世代の調速機が水力タービンの速度制御の最初の 100 年間に使用された。 初期のフライボール・システム (flyball system) では、 フライボール部品がバネと拮抗して、 タービンのバルブあるいはウィケット・ゲート (wicket gate) に直接作用して、 タービンに進入する水の量を制御した。 機械式調速機 (mechanical governor) を持つ新しいシステムが 1880 年頃に 開始した。 初期の機械式調速機はサーボ機構 (servomechanism, 自動制御装置) であって、 一連の歯車から構成され、タービンの速度を利用してフライボールを駆動し、 タービンの動力を利用して制御機構 (control mechanism) を駆動した。 機械式調速機は歯車の使用により、 動力の増幅 (amplification) と力学的性質 (dynamic behavior) で強化され続けた。 1930 年までに機械式調速機には多くのパラメーターがあり、 正確な制御のためにフィードバック・システム (feedback system) で設定できた。 20 世紀の後半に、電子式調速機 (electronic governors) とデジタル・システム (digital system) が 機械式調速機に代わり始めた。 電子式調速機は第二世代調速機とも呼ばれ、 フライボール (flyball) が回転速度センサーで置き換えられたが、 制御はなおアナログ・システムを通して実施された。 現代のシステムは第三世代調速機とも呼ばれ、制御はアルゴリズムによりデジタルで 実施され、調速機のコンピューターにプログラムされている。
ウィケット・ゲート (wicket gate、小門ゲート) あるいはガイド・ヴェイン (guide vane, ガイド翼) は水力タービンの部品で、 タービンに進入する水の流れを制御する。 一連のウィケット・ゲート (wicket gate) の小さな開口部がタービンを囲んでいる。 ウィケット・ゲート (wicket gate) が広く開口されると、より多くの水がタービンの羽根車 (runner) に 流入し、より高い動力が出力される。 ウィケット・ゲート (wicket gate) の開閉制御はタービンにより生成される出力エネルギー を制御して、求められる出力エネルギーのレベルと合致させる。
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| ウィケット・ゲート (Wicket gate, 黄色) がフランシス形式のタービンを囲む。 |
水力タービンのタービン・ブレード (blade, 羽根) は常に水と力学的力に さらされるため、ブレードは高度な腐食耐性と強度を有する必要がある。 水力タービンのカーボン鋼の羽根車 (carbon steel runners) の上張り (overlays) で 使用される最も普通な材質は オーステナイト鋼合金 (austenitic steel alloy) で、 17% から 20% のクロム (chromium) を含み、これがフィルムの安定性を増大し、 水性の腐食耐性を改善する。 これらの鋼合金のクロムの成分は、 大気による腐食耐性を示すのに必要な、最低 12% を超える。 これらの鋼合金のクロムの濃度が高ければタービン・ブレードの寿命がずっと長くなる。 現在ブレードはマルテンサイト・ステンレス鋼 (martensitic stainless steel) で 製造され、これはオーステナイト・ステンレス鋼 (austenitic stainless steel) と 比較すると、2 倍で高い強度がある。 材質選択の判定条件として耐腐食性と強度に付け加え、 溶接可能性とタービン・ブレードの密度がある。 溶接可能性が大きければ、タービン・ブレードが簡単に修理できる。 これにより、溶接品質も高くなり、修理が良好になる。 低い密度の材質の選択は高い効率を達成するのに重要で、軽いブレードはもっと容易に回転するからである。 カプラン・タービンのブレードに使用される最も普通の材質はステンレス鋼の合金 (SS) である。 マルテンサイト・ステンレス鋼は標準的なカーボン鋼 (carbon steel) よりも、高い強度、薄い断面があり、 かさが小さく、流体力学の流量条件 (flow-condition) と水力タービンの効率を強化する。 SS (BCr - 4Ni) はレーザー・ピーニング (laser peening) の工程を通し、すべての角度のアタック (attack) で、 浸食耐性 (erosion resistance) を改良したことが示された。 高い効率を維持するために浸食を最小化するのは重要である。 というのは浸食はブレードの水圧プロファイル (hydraulic profile) にネガティブに影響するからで、 比較的簡単に回転することが少なくなる。
タービンは主要部品の保守をほとんどせずに長期間動くように デザインされており、オーバーホールの間隔は数年のオーダーである。 羽根車と水にさらされる部品の保守には、取り外し、点検、すり減った部分の修理がある。
通常の磨滅 (まもう) と引き裂きには浸食損傷からの孔腐食、疲労による割れ、水中に浮遊する固体による 磨滅がある。 鋼の部品は、通常はステンレス鋼の溶接棒で、溶接により修理される。 損傷した部分は切り取ったり、すりつぶしたりして、 そのあとで元の形、あるいは改良した形に溶接し直される。 古いタービンの羽根車は、寿命が尽きる頃には、 このようにして付け加えられたステンレス鋼が随分と含まれることがある。 最も質の高い修理を達成するために、巧妙な溶接の工程が使用される。
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| 寿命のつきたフランシス・タービン、 点腐食、疲労破断、破局的崩壊が見える。 ステンレス鋼の溶接棒による以前の修復箇所が見える。 |
オーバーホールの時に、検査や修理が必要となる他の部品には次がある： ベアリング、パッキング・ボックス、シャフトの袖 (shaft sleeves)、サーボモーター、 ベアリングや発電用のコイルの冷却システム、 密閉リング、ウィケット・ゲート (wicket gate) の結合要素、そして全表面。
水力タービンは一般にはクリーンな動力生成装置と思われている。 タービンは基本的には水に変化を与えないためである。 タービンは再生可能なエネルギー源を使用し、 何十年もの間操業するようにデザインされている。 タービンは世界の電力供給の重要な分量を生産している。
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| ドイツ、 バイエルン州 (Bavaria) の バルヒエン湖水力発電所 (Walchensee Hydroelectric Power Station) は 1924年以来、操業してきた。 |
歴史的には否定的な結果もあった。 多くは発電に必要とされるダムに関連したものである。 ダムは川の自然な生態を変え、 潜在的には魚を殺し、(魚の) 回遊を妨げ、人々の生計を崩壊する。 例えば、 太平洋岸北西部 (Pacific Northwest) のアメリカ原住民の部族はサケの釣りを中心にして生計を立てていた。 しかし、侵略的なダム建設により、彼らの生活が破壊された。 ダムはそれほど明らかではないが潜在的には重要な結果を招く原因ともなっている。 これには水の蒸発の増加 (とりわけ乾燥地帯)、ダムの背後のシルトの堆積、 水温と流量パターンの変化。 米国では魚の回遊 (migration) を妨げることは現在では非合法で、 例えば北米の白チョウザメ (white sturgeon) がある。 そのため、ダムの建設者は 魚道を提供しないといけない。