明治時代後半に水力エネルギー利用の

1906（明治39）年頃に、芝浦製作所（現　東芝）で、地方の村落で手軽に利用できる小水力用水車を開発する話が出て、水車の設計を担当していた田澤昌孝がそのための水車を開発した。この水車は発明者の名前を冠して「田澤式軽便タービン水車」と通称されたが、正式には「沿軸並流水車」と言い、1909年に特許第17021号に登録されている。試作初号機は落差1ｍで3馬力、1ｋWを発電するものであった。この水車の製造は、1910年に芝浦製作所の水車製造事業を電業社に移管したのに伴い、電業社に引き継がれた。以後、1917（大正6）年以降、本格的水車の製造が軌道に乗るまでに、0.25～68馬力の水車が累計162台、合計出力2,200馬力が製作され、揺籃期の水力開発に大いに貢献した。田澤昌孝自身の著書「我が水車工業25年の追憶」に、その開発の苦心談が収録されている。なお、田澤昌孝は、1900年の芝浦製作所の水車製造開始以来、電業社においても引き続き水車の設計に従事し、現在の東芝の水車事業の技術的基礎を確立した。本軽便タービン水車は、元来、山村の旧式木製水車を置き換えることを目的として創製されたものであるので、効率の優れた大容量の水車が製作される今日では、実物資料として現存するものは無い。わずかに文献、カタログ、写真などが資料として残されているのみである。

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朝鮮（現、北朝鮮）水豊発電所の当時世界最大容量（10万5千ｋW）の

1938（昭和13）年初頭、この大容量水車の引合いが朝鮮・満州鴨緑江水力発電株式会社から公表された。水豊ダムは堤長950ｍ、高さ100ｍ、貯水面積は琵琶湖の2分の1という巨大なものである。水車はフランシス水車7台で、落差82ｍで出力105,000ｋWという当時世界最大のものである。当時、世界最大容量機は米国ボルダーダム発電所の85,000ｋWであり、これを遥かに凌駕するものである。激しい国際競争の結果、同年3月に電業社（現　東芝）が全7台を受注した。この水車製造により、電業社は世界の同業他社を瞠目させると共に、わが国の電機業界から初めて世界記録品を送り出したという意味で、わが国の電機工業史上不朽の記録を残した。これに対し1942年1月に朝日新聞社から朝日文化章を授与された。国交の無い北朝鮮にあるため詳細は不明であるが、実機は現在も同国の主要電源として稼動していると思われる。資料として、仕様書、設計図、文献、写真などが保存されている。

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米国　グランドクーリー第三発電所の

1970年、米国の既設グランドクーリーダムに、大形フランシス水車3台（87ｍ、62万ｋW）を増設することになった。東芝は米国、カナダのメーカーと共同で応札し、受注に成功した。東芝の担当は水車主要部品と、現地組立用のランナの半完成品の製作である。この水車の主要部品は最大肉厚300mmにも及ぶ大肉厚の鋼板溶接構造であるため、東芝は、当時としては新しい消耗ノズル・エレクトロスラグ溶接法（CES 溶接）を大々的に導入して使用した。また、ランナは直径10m、完成重量450トンに及ぶ巨大なもの（現在世界最大の三峡ダムの水車とほぼ同じ）である。東芝はこの羽根の三次元曲面を加工するためのＮＣソフトを独自に開発し、世界で初めてランナ羽根のＮＣ加工に成功した。これが、世界中の水車メーカーがＮＣ加工を採用するきっかけになった。

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豪州　ツマット3発電所の

オーストラリアでは東南部のスノウイー・マウンテンの水を西部の乾燥地帯に流す壮大な分水灌漑計画を進めた。このツマット3発電所は、その中で最大の揚水発電所で、283MWの発電専用の水車3台ならびに283MWの水車と194MWのポンプを一軸に締結したタンデム式ポンプ水車3台の計6台の主機を擁するものである。タンデム式ポンプ水車はヨーロッパでは数万ｋWのものが多数作られているが、わが国では54MW立軸機と23MW横軸機の2例があるのみである。東芝はその中でこの283MWの世界最大級のタンデム機に挑戦し、ヨーロッパでも従来成功していなかったポンプを空転起動後に充水する起動方式にも成功した。このタンデム機には、他にも数々の新技術を織り込まれており、日本機械学会から技術賞が授与されている。

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大平発電所の当時世界最高揚程（545ｍ）の

1960年代に多くの揚水発電所が建設されたが、これらはいずれも揚程が100～250ｍ程度であった。1960年代後半になり揚水発電所の建設費削減のため高落差化が要請されるようになり、1973年に電源開発　沼原発電所に世界で初めて揚程500mを超えるポンプ水車（日立製；揚程528m、出力230MW）が設置され、運転を開始した。一方、九州電力でも、沼原を凌ぐ最高揚程545mの大平発電所の建設を計画し、1971年に東芝、日立に各1台を発注した。この1号機（東芝製；揚程545m、出力256MW）は1975年4月に運転を開始した。これにより、わが国のポンプ水車は、沼原に引き続き世界のポンプ水車の揚程の記録を更新した。東芝では、このポンプ水車の製作経験に基づき、以後、旧ユーゴスラビアのBajina Basta発電所向けポンプ水車（揚程622ｍ、出力315MW、1980年運転開始）およびブルガリアのChaira発電所向けポンプ水車（揚程701ｍ、出力216MW、1987年運転開始）を製作し、世界のポンプ水車の揚程の記録を相次いで更新していった。

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旧ユーゴスラビア　バイナ・バスタ発電所の世界で初めて

1973年、最高揚程621.3ｍというバイナ・バスタ発電所が旧ユーゴスラビアで計画された。本計画に用いるポンプ水車は、当時建設中の世界最高揚程の太平発電所用ポンプ水車より高速（400ｒ/min→429r/min）、高揚程（545m→621m）、大容量（256MW→315MW）であったが、太平発電所の経験を活かし、東芝が主機全2台を受注した。この発電所は、計画段階で、水路系の形状により特異な水撃干渉波が発生することがわかり、これは従来知られていなかった現象で、1980年の国際水理学会（IAHR)でこの問題について論文を発表し、注目を集めた。このポンプ水車は1982年に全く問題なく営業運転に入り、その後、１９９４年にブルガリアのチャイラ（Chaira）発電所のポンプ水車が運転に入るまで12年間、世界最高揚程機の地位を保った。

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豪州　ワイバンホー発電所の世界最大容量（水車：32万5千ｋW、ポンプ：24万ｋW）の

1977年、オーストラリアのワイバンホー発電所向けに、ツマット3発電所用機よりさらに大形のタンデム式ポンプ水車（水車：325MW、ポンプ：240MW）2台を東芝が受注した。これはタンデム式ポンプ水車として世界最大容量であるばかりでなく機器寸法としても世界最大級で、発電電動機の上端から下部のポンプ吸込み管底部までの垂直高さは約50mに達する。言うなれば地上最大の立軸回転機械とも言うべきものである。この機械で特筆すべきは、その巨大な図体にもかかわらず、運転制御にコンピュータを用いた非常に繊細かつ高度な制御を行なっていることである。すなわち、発電、揚水、調相、停止などの各運転モードの切替え時の入・出力の変化率を任意に指定できるようになっており、この様な高度な入・出力制御方法は、今日に至るも他に類を見ない。

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ブルガリア　チャイラ発電所の世界で初めて

ブルガリアのチャイラ発電所のポンプ水車（最高揚程701m、水車出力216MW）は、世界で初めて揚程が700mを超えた機械で、1980年、東芝が主機全4台を受注した。東芝は1978年より、当時、高落差ポンプ水車で問題となっていたランナの異常振動による疲労破壊の問題について、世界に先駆けて実落差模型試験装置を用いて研究を進めていたが、このポンプ水車はその研究成果を適用した初のポンプ水車である。1号機は1984年に出荷したが、ブルガリアの経済事情から工事が大幅に遅延し、運転を開始したのは10年後の1994年であった。世界最高揚程のポンプ水車の運転開始は内外から注目されたが、無事運転に入った。全４台が運転に入ったのは、受注後約２０年を経た１９９９年である。本機に対し１９９５年に日本機械学会賞が授与された。

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