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小水力発電の一般知識

小水力発電の種別

1.小水力発電の定義

現在の新エネルギー及び再生可能エネルギーの中では小水力発電とは、一般的に1,000kW以下の発電を対象とする場合が多いが、確立した分類は、まだ世界基準などで正規に定められていません。1,000kW~10,000kWを小水力、100kW~1,000kWをミニ水力、100kW以下をマイクロ水力、1kW以下の小さなものはピコ水力と呼ばれています。

2.小水力発電・マイクロ水力発電方式の大別

小水力発電の採用及び水車の選択に当たり、大別されるバイパス方式、開水路(流水式)方式の2方式の違いを理解することが重要です。

バイパス方式

河川、水路、貯水池から、水力発電だけを目的とした流水のバイパス(管路・水路)を新設し、落差管路の下部に水車を設置し落差エネルギーを作用させ発電させる方式

  • 取水量(発電使用水量)が一定(水量変動無し)
  • 落差高の大きな変動は無い
  • バイパス水路の為、河川・水路自体への機能影響はない
  • 水車は効率を追求しているが、ゴミなどの異物を考慮しておらず、確実な除塵が必要
  • 既存の河川・水路が本来持つ水路機能への支障・影響は、あってはならない
  • 設置場所が限られ、土木工事等の費用が高額になる

開水路(流水式)方式

バイパス水路を作らず、既存の水路本体内に水車を設置し、流水エネルギー又は水路自体の低落差を利用して、運動エネルギー、落差エネルギーを水車に作用させ発電させる方式

  • 水路流水量(発電使用水量)の変動がある
  • 流量変動と共に落差高、水位、流速の変動がある
  • 発電により本来の水路機能への支障・影響は、あってはならない
  • 水車は、発電量・効率だけでなく水路機能保護、水量変動、落差変動、ゴミなどへの対応ができる機能と形状が必要

3.一般的な水車の種類

衝動水車(衝撃水車):適応落差 10-200m

水撃をノズルから噴出させ、その水勢を水車翼に当て回転させて発電を行う水車

反動水車:適応落差:2-100m

水流を一点の圧力断面水管路(円型管または短型管)に通水し、そこを流れる水圧力により、ランナと呼ばれる水車翼に動的応力(水流による運動エネルギーおよび圧力エネルギーを作用させ、回転軸を回転させて発電を行う水車

重力水車:適応落差1~10m

一般的な小水力発電の適応選定図(落差式・管路式)

基本的には、落差が最低でも2m以上、実際の発電では汎用として上記の各適用表に存在する水車は、例外を除き常識的には10m以上の落差で使用される技術です。各水車とも実用的な落差は、10m~200mというのが、常識的な既存水車(落差型)の適用範囲であり、一般的には、費用対効果も含み数100kW以上の設備とするのが採用の通例になっています。


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