極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

再エネの本命は小型水力

2016年09月09日 | 環境工学システム論

 

     文句なしにいい作品というのは、そこに表現されている心の動きや人間関係というのが
      俺だけにしか分からない、と読者に思わせる作品です、この人の書く、こういうことは
     俺だけにしかわからない、と思わせたら、それは第一級の作家だと思います。

 

                                  
                               Takaaki Yoshimoto 25 Nov, 1924 - 16 Mar,
2012 

 

 

   藤内壁

● 明朝、御在所岳に奔る

焦れったいので登ることに。

 

● 武平峠コース 武平トンネル登山口 - 武平峠 - 長者池 - 御在所岳 - 御在所岳山上公園 - 国見峠
         ー 国見岳 - 根の平峠 - 釈迦ヶ岳(鈴鹿山脈縦走路/北方面) 残りと南方面は、
         いずれ
別の日に計画する。
 
【再エネ百パーセント時代:再エネの本命は小型水力】

 

● 再生エネ買い取り制度後 姉川支流で小水力発電 

今月5日、滋賀県米原市の山間部を流れる姉川支流の足俣川で、小水力発電所の稼働が始まった。再生
可能エネルギーの固定価格買い取り制度(FIT)が始まった12年以降、滋賀県内の河川で小水力発
電所が導入されるのは初めてとなる。
火力や原子力の発電所建設、修理を手がけている建設会社のクリ
ハラント(大阪市)が昨年7月に着工し、今年8月に完成した。出力は194キロワットで、全量を売
電。発電機の上流約980メートルから取水して水圧管を通し、約93メートルの落差を生かして車を
回す。事業期間はFITで定める20年間となっている。
同社の嶋田雅景社長は「豊かな水資源を活用
する可能性を今後も関西で探っていきたい」と話す。
県内では主に明治から昭和初期にかけて運転を始
めた関西電力の水力発電所が13カ所あり、出力800~5400キロワットの規模がある。FIT導
入後、県内の小水力発電の稼働は農業用水路などに限られていたが、今回は河川法の許可を必要としな
い上流部での新設となった。

● 「水路で発電」を低コストに、3人で設置できるマイクロ水車

今月6日、NTN株式会社は、福島県須賀川市で同年6月から実施している小水力発電機の実証試験の
様子を公開した。同社では新規事業の一環として、日本の各地に広がる農業・工業用水路に設置しやす
い小型の小水力発電機の開発を進めている。須賀川市での実証試験は間もなく終了し、同年12月から
販売を開始する予定(同社プレスリリース「小水力発電装置「NTNマイクロ水車」 実証試験の終了」)。

一般的な水力発電装置は、水路を堰き止めて水位の落差を利用するものですが、落差形成のための高額
な工事費用が課題。「NTNマイクロ水車」は、自然の水流による発電が可能で、既存の用水路の壁面
に簡易的な工事で設置できる。「NTN
マイクロ水車」は、独自の翼形状と、低トルク軸受を使用し流
水のエネルギーを高効率で電力へ変換する。実証試験では、翼径90cm、流速2メートル/秒時で、1
キロワットの発電電力となる試験結果を得ている。水路内に直列に多数の装置を配置しても水流の干渉
が少なく、台数に応じた出力を得ることが出来るのが特徴で、実証試験では、水路長百メートルに最大
10台のマイクロ水車」を設置。

【NTNマイクロ水車の特徴と仕様】

  • 用水路の壁面へ容易に設置ができる(大がかりな工事が不要)
  • 同一水路に複数台、直列設置しても装置間干渉が少なく出力が得られる
  • 水のエネルギーを逃さない独自の翼形状と低トルク軸受で高効率発電




【技術背景】


NTN株式会社の流水式プロペラ発電機(インホイールモータユニット)の特許の一事例(上図、願参
照ダブクリ)によると、水力発電および風力発電において回転型発電機を用いる場合、発電機には高出
力、高効率は勿論のこと、低コスト、小型(省スペース)、低コギングトルク等が求められ、コギングト
ルクやトルクリップルを低減させる構造として、ロータやステータにスキューを設けたもの――①ロー
タにスキューを設け、スキュー形状を最適化することで起動改善やコギングトルクの低減、生産性の向
上を図るものや、②発電波形を正弦波状に近付けるためにステータにスキューを設け、コギングトルク
やトルクリップルを平滑化と同様に、スロットの巻線形態を工夫することで発電波形を正弦波状にしな
がら、ステータの製造工数削減も図ったいししている。③ 一方、コギングトルクをさらに低減させる手
法としてコアレス構造で、コイル内部に挿入する鉄心を無くし、コイルのみでステータを形成すること
でコギングトルクは事実上ゼロとなり、コギングトルクは、回転時の振動、騒音の元になるので、コア
レス構造であれば解決し界磁磁束の強化を図っている。④さらにそれを軸方向に複数積層し、発電機の
出力向上を図っている。

水力発電や風力発電のような自然エネルギー源が入力となる場合、その変動に無駄なく追従できる発電
能力が求められ、水力発電の場合では一日を通してほぼ一定の水量が得られる場合が多いが、風量は途
絶えることが幾度とあり、発電機のコギングトルクが大きい場合は、次に回転起動できるための風量が
発生するまで発電できない。回転起動できるための風量以下の小さな風のエネルギーは全て無駄になる。
小さな水量・風量からすぐにロータが再起動することができれば、一日を通して発電機の停止時間は短
くなり、総じて発電量を上げられる。特にマイクロ水力発電には、非常時や緊急時に流水量の小さな身
近な水路に発電装置を設置した場合でも、電力確保できることが求められる。

また、コアレス構造の場合、コギイングトルクをゼロにすることができるが、界磁磁束が大きく漏れ、
コイルを効率よく縦断する磁束が著しく減少、発電効率が大幅に低下する問題があり、永久磁石の使用
量を増加する方法、永久磁石の磁力を強化する方法、コイル巻数を増やす方法などが考えられるが、い
ずれの方法も装置の大型化や高コスト化を招く。これらを配慮し、コギングトルクが小さい、発電効率
が高い発電機の提案を行っている。

この発電機は、回転方向に配列された複数の永久磁石3,4を含むロータ1と、複数の永久磁石3,4
に対向して設け、各々がロータ1の回転時に交流電圧を発生する複数のコイル13を含むステータ10
と、それぞれ複数のコイル13内に設けられた複数の磁性体12とを備え、コイル13の中心軸方向に
おいて磁性体12の長さLmはコイル13の長さLcよりも短く設定し、コアレス構造よりも発電量を
大きくができる。



前出の、NTNマイクロ水車の小型水力発電システムから(1)現行の河川(水路)を両側面壁を改良
するか、もしくは人工河川(あるいは人工水路)を新たに起工し、両側面に発電水翼ユニット移動設置
できるように軌道(レール)を設置し任意の位置に発電水翼ユニット配置ロックできるように変更する。
(2)特に琵琶湖を抱える滋賀の場合、地下水をくみ上げ、山葵などの低水温で要存酸素濃度や水流を
必要とする揚水ポンプ電源を自給しながら水耕栽培(「メイチダイに山葵」2010.05.01)も可能ではな
いかと考えてみた。勿論、足俣川小型水力発電所の「水路式らせん型水力発電」を人工水路として整備
することも可能である。

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