小型水力発電機

携帯式水力発電装置 マイクロプロペラ水車使用

携帯して山間地などに持っていき、ちょっとした落差のある渓流などで手軽に発電出来る携帯式水力発電装置が次の写真となります。

直径80mm程度のマイクロプロペラ水車羽根が装置の中に入っており、落差2m程度の場所で毎分3000回転以上で回転して200~300Wの電気を出します。

ですから渓流に取水部を75mm直径程度のパイプで作って落差2m程度を確保したり、小さな砂防ダムに掛ける形で落差2m程度にしたり、用水路の落差工で落差を作ってみたりなどで発電運転出来る手軽な水車発電機となります。

携帯可搬式マイクロプロぺラ水車発電機の砂防ダムでの発電実験の様子

昨日ご紹介した携帯可能な可搬式マイクロプロペラ水車発電機の砂防ダムでの発電実験の様子が次の写真です。

塩ビ管を砂防ダムまで運んで組立、その下側にマイクロ水力発電機を放水管が水に浸かるように取り付け、上流の水が塩ビ管のサイフォン部を超えて下までの導水管に流れ込み、プロペラ水車発電機の発電が始まります。

この時に確認した発電量は300Wぐらいと記憶してますので、発電出力は低めですが、まったく電気のない地点であれば役に立つと思います。

実際に現地に機材を運ぶのも、そして据え付けるのも全然無理なく行うことが出来、手軽さは感じ取れました。

写真の日付にあるように、その日はもう20年ぐらい前の日だったのですが。

あの当時はマイクロ水力の需要が全くなかったことを今でも思い出します。

携帯型マイクロプロペラ水車発電機の羽根

昨日、一昨日と紹介しました携帯型マイクロプロペラ水車発電機の羽根として製作したものが、20年ほど前のプロジェクトでしたが残っていましたので、写真を載せてみます。

20年ほど前に造った羽根なので鋳造で出来ており、羽根表面は手仕上げで仕上げているものとなります。

材質がアルミ鋳物なので、少々鋳肌が荒れているのが気になりますが・・・・・

羽根形状の仕上げ状態は正確になっていると記憶しており、性能としては良い羽根となります。

ただ携帯式マイクロプロペラ水車発電機の開発では、回転する羽根ではなく、流れに旋回を与える案内羽根(ガイドベーン)の形状にかなり改善の余地があったのではないかと記憶しています。

ガイドベーンはタービンの羽根に予旋回流れを与える重要な流体要素なのです。

縦軸プロペラ水車発電機を横軸プロペラ水車発電機に改造設計開始

既に製作している次の図にある縦軸プロペラ水車発電機を横軸プロペラ水車発電機に改造する計画を発動しました。

これは発電機直結型の縦軸プロペラ水車発電機の3次元構造図です。

改造を行う目的は、縦軸の場合ガイドベーン操作機構が水車発電機架台より下に来るため、色々な調整が行いにくくなり、しかも水車発電機の説明においてもタービン羽根位置が分かりにくく説明しにくいことが挙げられます。

またプロペラ水車の羽根部に横軸の状態のほうがアクセスしやすくなり、例えば羽根出口に透明アクリル管を付ければ回転する状態の羽根も見ることが出来ます。

ただ水車本体と発電機の配置の関係から直結は難しくなり、水車軸出力をかさ歯車などで90度直角に転向する必要があります。

それらの改造ポイントの検討に入っているのが現状です。

それと横軸プロペラへの導水管からの流れが全く無理がなく、その点でも効率の改善が期待出来ます。

渦巻きケーシング型フランシス式水力発電装置 可変ガイドベーン付き

水力発電装置の最も基本となるタイプとして、次の写真の13年ほど前に製作した渦巻きケーシング型フランシス式水力発電装置があります。

これは水量変動に対して常に上水槽水位を一定に保つための電動サーボ駆動による

可変ガイドベーン機構を有しており、その点常に高効率運転可能な優れた小型水力発電装置と言って良いでしょう。

最近の小型水力と言うと、低落差地点が良く取り上げられているため、

写真のような本格的なフランシス式水力発電装置の出番がないように見えていますが、

発電量がより大きい中落差地点には渦巻きケーシング可変ガイドベーン機構付きフランシス水車発電装置がぴったりなのです。

中落差地点では落差で発電量を稼ぐため、水量はある程度少量で良くなり、

それにより水力タービンの大きさも小型で出力が出るので、売電による利益も大きくなり、

設備費の回収年月が大変に短くなることが予想されます。

縦軸プロペラ水車を横軸プロペラ水車へ改造設計進行中

先日、このブログで紹介しました縦軸プロペラ水車を横軸プロペラ水車へ改造する設計が進行始めました。

次の図のような構成の全体計画です。

既存の部品を最大限流用するために、発電機は縦軸タイプですが、少々無理矢理に横軸へフランジ取り付けにて付けようと思っています。

他の既存部品もほとんど流用しますので、最終的に完全な新部品は水車ケーシングとその他2点ぐらいに収まるかもしれません。

まだまだ全体構造の調整は進めます。

横軸プロペラ水車発電機の標準機を設計中

低落差、大水量の小水力発電向けの水力発電装置機種として、次の図の横軸プロペラ水車発電機を標準機として設計進行中です。

図でお分かりのように、可変ピッチランナブレードとこれからの設計過程で装着する可変ガイドベーン機構を持ったカプラン水車となるので、水量変動があっても常に高効率を維持できる水力タービンとなっています。

横軸プロペラ水車発電機 標準機の設計

再生可能エネルギー発電の中の小型水力発電における大流量・低落差地点での標準機として設計途中の3次元CAD画面ショットです。

少しずつ設計は進んでおり、残りはリンクモーション関係になってきています。

横軸スリム型プロペラ水車 3次元組図

横軸スリム型プロペラ水車発電機の3次元組図となります。

次は外部を透明化した組図

まだ細かい修正点はあります。

完成はもう少し先です。

軸流タービンブレード部がきれいだったので載せてみました

設計中の軸流タービンブレード部がきれいだったので、載せてみました。

SolidWorks画面でのレンダリング表示が非常に良く、見ごたえがあります。

昔のような2次元設計では味わえない、3次元CAD設計ならではの満足感と言えましょう。

画面上でリアルであると、本当に作っている気分を味わえるように思います。

700KWフランシス式水力発電機の全体図

発電出力が700KW出るフランス式水力発電機の全体組図が次となります。

700KW発電の水力発電所は、水量毎秒1m3ほど、落差は100mほどの地点となりますので、ある農業用幹線水路から山肌を100m下方に導水管で水を導けば700KWの発電出力が得られることとなります。

700KWの水力発電所が年間の水量がもし変わらないとすれば、年間の発生電力量は700KW×24時間×350日(メンテ期間を引いた日数)=5,880,000KWHとなります。

湧水を使う農業用水路では年間の使用水量が毎秒1m3を下らないことは普通にあり得ます。

現在の固定価格買い取り制価格が700KW出力の場合30円/KWHなので、この発電所の年間売電収入は、30円/KWH×5,880,000KWH=176,4000,000円となり、相当の収入となります。

700KW水力発電所が総工費7億円で出来た場合は、その工事費を4年で回収出来ることとなり、残りの固定価格買い取り期間の16年で利益収入28億円ほどを稼ぎ出す発電所となりますので非常に魅力的な発電所設置となります。