水力発電機事例

プロペラ水車組み立て途中

新エネルギーとなる小型水力発電用プロペラ水車の組み立て途中をご覧ください。

プロペラ水車組み立て途中1

水車と発電機を連結した状態で、全体を横に倒して可変ガイドベーン周りと主軸周り、そしてランナ周りの組み立てを行うところです。

縦軸の発電機が水車本体の上に直結して付いているので、全体の高さがかなり高くなり、横にしないと組立が困難となります。 青い部分がプロペラ水車のケーシング本体部分となり、水の入り口はこの場合下側にあるフランジからとなります。

プロペラ水車組み立て途中2

これは可変ガイドベーン部をケーシング側に取り付けた状態です。

上部水槽にはスクリーンがありますのでその隙間より大きなゴミは入ってこないと思いますが、縦に薄いゴミや長いひも状のゴミが来たときはかなりガイドベーンにかかるかもしれません。

縦軸プロペラ水車 組み上がりました

組立進行中であった縦軸プロペラ水車が組み上がりました。

縦軸プロペラ水車くみ上げ完了1

写真の真中に手前に入口弁の付いたプロペラ水車本体部が見えています。
プロペラ水車の上部には永久磁石式高効率発電機が付いており、このプロペラ水車は屋外で使われるため、それら全体には雨や日よけの屋根が付いています。

水車の向こう側には、水車の運転手順をプログラムした水車制御盤があり、水車の運転時制御も受け持ちます。

手前に見えている黒いドラフトチューブの全体写真が下となります。

ドラフトチューブ

このドラフトチューブは放水槽に置かれるのですが、据え付けの時にはこの部分と水車本体部を組み付ける作業が大変そうに思えます。

ガイドベーンリンクモーション部

そして実は水車本体部の架台に隠れて良く見えないのが、上写真のガイドベーンリンクモーション部です。

リンクモーションは組立時に大変気を使ってもらってスムーズな動作へと調整してもらい、ハンドルで楽々とガイドベーンの開閉が出来ましたので、大変に良い組立状態となりました。

落差工で水力発電をする場合の最適な設置方法は?

水路落差工を利用して水力発電をする場合の最適な水車発電機の機種と設置方法はどうなるか色々と考えます。

プロペラ水車組み立て途中1

ひとつの方法は、次の図にあるような大流量を処理するプロペラ水車をその架台枠ごと落差工の下部底に置く方法です。

これを斜めから見た図が次です。

プロペラ水車組み立て途中2

このような水車発電機設置であれば,ほとんど土木工事が不要となり、
水路の改修も必要ないので、機械の費用と据付費のみで発電所が出来経済的です。
しかし、この方式は落差工が強度がある新しいものには使えますが、
古い水路やデコボコした落差工などでは難しいものとなり、場所が限定されます。
そうなると水路の状態に関係なく、
その落差だけをうまく使う新方式を考える必要があります。

現在のその方法に沿って開発を行っており、今年度中には完成して、来年度は実証実験が出来ると思います。
このような実証実験を行うにしても、たくさんの強力して頂ける方々がいらっしゃって進めていけるので、感謝の気持ちです。
かなり実証出来た段階で、また発表する事となるでしょう。

可搬式水力発電機を試験的に造ってみたときの写真

手で持ち運べる可搬式水力発電機を、試験的に製作してみたものが、次の写真です。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

この可搬式水力発電機は、本当に手で運べるように相当に軽量に出来上がっています。
水力タービンの型式はフランシス水車であり、渦巻きケーシングを持つ本格的な超小型水車となります。
発電機は自動車の発電機を転用したもので、高速回転でタービンが運転すると最大で150Wぐらいの発電量を得ることが出来ていました。
水車渦巻きケーシングの入口寸法は60mmぐらいであったと記憶していますので、水量の少ない渓流からの取水でも落差が5m以上取れれば十分に発電できていました。

今はこの写真の水力発電機は手元になく、あの当時(20年ぐらい前)は色々と試作したなと懐かしく思い出します。

流量毎秒1トン以上を飲めるプロペラ水車はこれです

用水路水力発電において、比較的低落差の場所で流量は毎秒1トン以上あるような地点に適応可能な弊社製プロペラ水車発電機が次の図となります。

プロペラ水車組み立て途中1

水力発電機構成としては、縦軸プロペラ水車(水量0.5~1.5トン毎秒ぐらい)で発電出力は、落差5m~25mぐらいとして 出力20KW~250KWぐらいの範囲となるプロペラ水車に、入口弁、可変式プロペラ、ケーシング、ドラフトチューブ、可変ピッチ操作機構、増速ベルト、縦軸発電機(誘導や同期のどちらでも良い)などにより構成されています。

プロペラ水車組み立て途中2

性能としては、ランナ羽根可変ピッチにより、年間発電量の最大化が可能となっています。
その他の有利な点としては、簡素化したケーシング及び固定ガイドベーンにより、それらの製作金額を大幅に下げています。
また、ベルトにてタービン回転数を増速することで、発電機は通常市販タイプの発電機を選定することが出来、それも廉価となります。
以上のように、水量が多い水路でも適用可能な性能優秀で適切な価格のプロペラ水車発電機をご紹介しました。

上水道減圧エネルギー利用水力発電装置 一式

手で持ち運べる可搬式水力発電機を、試験的に製作してみたものが、次の写真です。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

無駄に捨てられているエネルギーとして、上水道パイプライン網の中にある過剰な水の落差圧力を減圧する減圧弁にて捨てられている水の圧力エネルギーがたくさん存在しています。
この減圧弁で捨てられている水のエネルギーを水力発電のエネルギーに変換するのが次の図の上水道減圧水力発電装置です。

既存の減圧弁の上流側に、この水力発電ユニットを取り付けるだけで水エネルギー回収水力発電を行うことが出来ます。
既存の減圧弁はそのまま残し、それは少しの減圧をすることに調整して減圧弁の固着を防ぎ、主な減圧はこの上流側の水力発電ユニットで大きな減圧がされることとなります。
この方式により、水力発電がなにかの理由で止まった場合にも、上水道を問題なく使うことが出来、安全な水道圧力エネルギー回収装置となります。
また、配管に挿入出来るような小型の水力発電用タービン発電機となっていますから、非常に手軽な設備となっています。
以上のような装置を用いることによって、上水道にて無駄に捨てられている水エネルギーの回収を提案致します。

砂防ダム利用小型水力発電設備

小型水力発電を設置するケース例として、今日は河川の砂防ダムを利用する方式を説明してみたいと思います。
自治体が管理するような山深いところの河川には、洪水時の防災用の砂防ダムがたくさん設備されています。
そのような砂防ダムには、落差が10mぐらい取れる場合もあり、そのような地点では砂防ダム自体をあまり工事することなく水力発電設備を造ることも可能なのです。 事例の構想図を次に示します。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

砂防えん堤には元々水抜き孔がいくつか開いていますので、それをうまく利用して水圧管をダム直下に引き、水車発電機を可動します。
水車を可動した水は、ダム下部のたまりに放水されますので、流れにほぼ影響を与えることなく小水力発電設備を設置することが可能です。

ただダム側面部は通常崖状態にあるため、そこに機器を据え付ける工事は手間がかかる可能性がありますので、なるべく小さい水圧管と小型の水力発電機を屋外型などで選定することで土木工事費を削減する工夫が必要です。
出来た電気は、ダム維持用電気に使われたり、系統に連携して売電し地方自治体の電気収入となったりする場合がほとんど思われますが、 もし近くに農業や林業の設備があれば、それらに供給することがより付加価値を生む電気として良い使い方であると考えています。

下水道利用水力発電設備 排水出口付近の落差を利用

下水道の出口付近に生じる水の落差を利用しての水力発電も充分に可能性のある小水力発電となります。その構想図が次となります。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

全体計画は、下水道の出口に仮の蓋をしてしまい、そこに溜まった下水をパイプで横軸プロペラ水車発電機に導いて小水力発電を行うものです。
もしこのプロペラ水車発電機が故障した場合は、本来の下水出口を開放することで排水には支障なく出来ます。
また、下水にはゴミも多く含まれると考えますが、それはプロペラ水車の羽根であれば通過させることが可能となり、運転ストップも少ない状態が可能でしょう。
少しの水の落差も有効に使う発想が、この下水道出口での水力発電となります。

スリランカ水力発電機改修工事 紹介 22年前

もう22年ほど前になりますが、日本からスリランカへの政府無償援助(ODA)にて、スリランカの小水力発電所の近代化改修工事を請けたので、 私が現地に行き、調査から最終の改造・据付調整試運転まで行った時の写真が次となります。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

この水力発電所の原型は、イギリスの会社が造ったものであり、改修工事をする時には30年以上経過した設備となっていたので、ほぼ全てを取り替えた水力発電設備として工事を行いました。
このフランシス水車に使用する水は上水道用のダムの水となっていて、ちょうど落差が20mぐらいあったと記憶しています。
ですからこの水車発電機を通った水はその後発電所のすぐ横にある水道設備で浄化され、首都のコロンボに送水されていました。
それで設備としては非常に大掛かりなものであり、全体の改修工事を行っていたので、水力の改修関係の人だけでなく、沢山の人が働いていたのを記憶しています。
フランシス水車も全バラシを行い入念に内部状況を点検して、使えそうなものは使いましたがかなりの部分が取替えとなりました。