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Feel the Tomorrow - 流水式小水力発電機ストリームの特許取得を始め、自然再生エネルギーの技術開発を行っています

流水式水力発電の考え方と発電量推定計算方法について

1.流水式水力発電の理論
流水のエネルギー理論は、位置エネルギー・運動エネルギー・圧力エネルギーを持っています。これらのエネルギーを 水力と総称しています。

落差式水力発電
一般的なダム式の水力発電は、この位置エネルギーを使い、流水を作用させる点を基準的として、
流水式水力発電 ストリーム
当社の流水式水力発電は、運動エネルギーを使い、流速を出来るだけ速くすることと、流水の質量(流量)を多く水車に作用させ ることにより、効率的な発電エネルギーに変換することをシステム化しています。
今までの落差(位置エネルギー)による水力発電では、設置位置、選定条件、費用面で、実質の採用が困難であったのに対 し、流水(運動エネルギー)による水力発電は、位置の設定、各条件、費用面で既存水路形状を最大限に利用した効率良い 新エネルギーとしての水力発電システムです。

2.流水式水力発電の発電量の計算方法の凡例

現状の水路の把握
まず第一に、発電させたい水路の持つ、目安となる現状での最大運動エネルギー量を把握することが必要です。

現状水路での目安となる発電量の算出例
既存水路断面幅2.50m、高さ3.0m(水深1.50m):流量Q=2.50 [ ㎥ /sec ] の水路が保有する運動エネルギー量 (潜在的発電可能想定電気量)は、


この水路にそのままの状態で、当社ストリームの5kw タイプを設置した場合には、全流量を取り込み、3.5kw の発電 が想定できます。 上記が、既存水路が持つ現状での目安となる発電量となります。この後には、この目安を基に、既存の水路を簡易的に 改良することにより、さらに効率の良い発電を得る方法を考察していきます。

発電向上の方法
通常の場合、水路に流れる流量Q を増やすか、流速V を速める工夫をすることにより、発電量を増やすことができるように なります。ここでは、現状の既存水路の流量を変えることは難しいため、流水の断面または、勾配(傾斜)を改良することに よって、ストリームに取り込む流速を加速させることで、発電量の向上を計ります。
例えば、ストリーム設置の既存水路の上流部に、コンクリート製(プレキャスト等)または鉄製の板を水路内の水中に配置し ます。(水路に構造体として構築する必要はなく、流水断面を狭め、誘導することで、流速を速める程度の構造で良い。ただし、 上流部への影響の考察は必要です。)このような導水路下流部にストリームを設置することにより、より効果を期待すること ができるようになります。

水路改良後の目安となる発電量の算出例
水路断面幅を1.50m に縮小させ、高さ3.0m(水深1.70m にやや上昇の可能性、上流部のチェック要) 流量Q=2.50 [ ㎥ /sec ] として、その造作の後部にストリームを設置した場合の運動エネルギー量 (潜在的発電可能想定電気量)は、


となり、当社ストリーム5kw タイプの設置を行っても費用対効果が出てきます。この時の状態を、落差に換算すると、 (速度水頭の計算→位置水頭の換算)

当社ストリームでは、これまでの記載のように、落差の無い水流において、落差換算にして0.44m と同等の水頭を起こ させ、かつ、流量を通常の落差タイプのものよりも最大限に取り込み、発電量を確保することができます。しかも、この システムでは設置1ヶ所につき、落差水頭を得られるため、複数ヶ所の設置が可能になります。

3.費用対効果
5kw クラスのストリームの機器及び設置工事費等(条件等により異なります)は、約600 万円程度となる。償却年数 10 年以内が可能となります。一般的に電気設備、機械設備の耐久年数想定は、15 年~ 17 年程度は見込めますので、 5~7年間の利益は想定が考えられます。
これは水力による安定度と、最大限に設備費用を抑えることができるストリームの システムによって可能となります。長期的な費用対効果は、商用電力(火力発電) を上回ることも可能性として考えられます。