小型水力発電機

縦軸プロペラ水車の断面図

プロペラ水車内部構造が分かり易いように、水車部を1/4縦にカットした断面図を載せてみます。
最初の断面図で、全体を見ています。

2ノズルペルトン水車計画図 小型のもの

相当以前に計画してみた「2ノズルペルトン水車」の計画図を載せてみます。

ペルトン水車は水量が少なくて落差の大きな地点に使われる水力タービンであり、その比速度は水力タービンで最も小さいものとなります。

水車の比速度とは、水車が飲める水量の大きさを決めるような意味を持ち、比速度の小さい水車は使える水量が少ないこととなります。
ただペルトン水車はその流量を決める要素が水噴射ノズルになるので、それの本数を増やしていけば本来の比速度が2倍、3倍と増えていき、他の水車の比速度領域に近づくことが可能です。
その場合でもペルトン水車の回転数が比較的遅いことはかわりありませんので、小型水力発電のペルトン水車では上図の例のように回転数を増速する必要もあります。
ペルトン水車の良い点としては、その噴射ノズルの流量調整機構の作用により、水量が少ない時でも効率の低下がわずかしかないことになります。

ターボブレードにおける小型水力発電所完成までの流れ

弊社ターボブレードにおいて、小型の水力発電所が完成するまでの流れは次の図のようになります。

弊社ターボブレードは、基本的に設計・エンジニアリング会社となりますので、発電所の全体計画とタービン発電機の設計を行った後に、 タービンや発電機の加工や制御装置の製作、土木・電気工事実施などは外注して発電所全体が完成していきます。
そのような水力発電所全体を弊社がどのように発注し、そして作られていくのかを示すのが左の流れ図となり、 この方式にてこれまでに数百の小型発電所を造ってきましたので、全く不安なく自分としては非常に慣れている方式です。

オープンプロペラ型流水力発電機の設計がほぼ終了

用水路、河川、潮流などの流水の力で回転し発電を行うオープンプロペラ型流水力発電機の設計がほぼ終了しました。
その3次元CAD画面ショットが次となります。

これは実験機であるので小型でありますが、性能実験を行うには十分な構造となっています。

実験は用水路で行い発電能力を測定しますが、多分良い性能を得られると考えています。

その根拠は、たくさん行った性能解析シミュレーション結果からです。

潮流発電機としても使えるオープンプロペラ型流水力発電機

先日も紹介しましたオープンプロペラ型流水力発電機は、次の図の各部詳細図のように非常に小型のものですが、これを大型化すれば潮流発電にも使用出来るタービンとなります。

浮体式の海上構築物からこのオープンプロペラ式流水力発電機を海中に吊るし、それが潮流の流れを受けて発電を行うことが出来ます。

水中に発電機がある方式と異なり、タービンの回転動力は海上にある発電機に伝達されるため発電機への漏水の心配もなく、しかもタービン本体も簡単に海上に引き上げられるため非常にメンテナンスのし易い潮流発電機となります。

海上に簡単に引き上げられることは、潮流発電機で最も問題となる腐食と藤壺などの付着の問題も頻繁に対処可能であることとなります。

また、海上浮体構築物から吊るす方式であれば海底に固定する方式と異なり、簡単に位置を移動することが出来、柔軟な運営が可能でしょう。

タービンの流体設計自体は、小さくても大きくても変わりありませんから、設計上の難易点は強度設計や耐久性設計により時間がかかることぐらいと思われます。

流水力発電装置 3機連結の図

河川、用水路、潮流などの流速エネルギーを利用して発電を行う、オープンプロペラ型流水力発電装置を3機連結してみた構想が次の図となります。

見て頂いたように、3枚プロペラの流速利用発電タービンが水中に3機を横に並べて設置されており、水上にある発電機にプロペラからの動力を伝達して発電を行います。

流速からエネルギーを吸収する量は、そのプロペラ回転面面積に比例して増えますので、この事例のような横に多数を並べるか、または水深がある場合は直径の大きなプロペラを造るかすれば、ひとつひとつの出力が小さくても集まることで有効に使える電力となるでしょう。