水力発電機事例

太陽光とのハイブリッド発電用小型水力発電機 23年前製作

九州の鹿児島県において23年ほど前に、ある公共施設に設置する京セラ製30KW太陽光発電設備とリンクしたハイブリッド発電装置として、 10KWの水力発電を行う小型水力発電装置を造りました。小型水力発電装置は、スパイラルケーシング横軸フランシス式水車と同期発電機で構成しており、据え付けた状態が次の写真となります。

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

この横軸フランシス式水車は、上水槽の水位一定制御を行うために上水槽に液面発信機を着けるのではなく、水車入口の圧力を圧力発信機で測定し、 圧力が一定値から下がらないように可変ガイドベーン機構を使って水量の調整を自動に行います。
可変ガイドベーン機構の操作には、電動アクチュエーターを使用していますので、常に自動運転を行い監視の必要性も少ない設備としています。
発電機は同期発電機(低圧)を使用しており、その交流電気を電線ですぐ近くの施設屋根に付けられた太陽光発電装置を制御する制御室に送られ、そこにある直流変換装置にて一度バッテリーに溜められ、太陽光発電の電気と一緒にバッテリーからインバーターに供給されてきれいな60Hzの電気として施設の電気設備で使われるようなシステムとなっていました。
この鹿児島で行った太陽光発電と水力発電のハイブリッド発電システムにつきましても、以前ご紹介したインドネシアにODAで供給したハイブリッド発電装置と同じように水力発電がベース電源として全体の運転がされていたと聞いています。 このように20年前以前に既に2つの自然エネルギーハイブリッド発電システムを経験しておりますので、今後の自然エネルギースマートグリッドシステムでも小型水力発電が重要な役目を担うことは間違いないでしょう。

マイクロ軸流水力タービン羽根 可変ピッチ可能 20年前製作

マイクロ軸流水力タービンの羽根部が次の写真となります。

このマイクロ軸流タービン羽根は、ボス部とブレード部を組立て方式としているので、可変ピッチを行うことが可能です。
可変ピッチ作業は手動で行いますが、非常に小さいので手軽に可変出来、水量の変化に追従して調整することが簡単に行えます。
羽根の翼型は、運転時の砂等での磨耗を考え相当に分厚い翼厚み分布としていますので、長く故障せずに発電を続けることが出来ます。
この羽根の直径は80mm程度の小さなものです。
羽根ボス部は、高力黄銅の丸棒からの削り出し、羽根ブレードは鋳造品からの機械加工+手仕上げとなっています。
プロペラ型の水力タービンなので回転数は高速で運転出来、3000~5000rpmの間ぐらいで発電機を回転させ電気を発生させます。
回転数が可変するこのぐらいタービン用の小さい発電機であればタイプとしては直流発電機方式が良く、直流出力は最終的にインバーターで交流に変換され通常の電気機器で使われます。

バレル型ケーシング高流量フランシス水車水力発電装置

小水力発電用の水力発電装置の紹介として、バレル型ケーシング高流量タイプフランシス水車水力発電装置の製作例を載せてみます。

この水力発電装置をいつ頃に設計製作したのか、写真に日付もないために良く覚えていないのです。
それでも12年以上前になることは確かです。
ある時期、バレル型ケーシングフランシス水車水力発電装置を続いて製作したためにはっきりと記憶していないのかもしれません。
この水力発電装置は、水力タービン部が高流量タイプのフランシス式となっており、写真で分かるように発電機は小さいので比較的小さい出力、つまり水量はあるけれど落差はあまりなく発電出力の小さい地点用と分かります。
今度、昔の図面などを調べて、これがどこ向けで、発電仕様はどうであったか確認を行ってみようと思います。

バレル型ケーシングフランシス水車水力発電装置 中流量タイプ

以前にどちらかと言えば大流量を飲み込むタイプのバレル型ケーシングフランシス水車発電機をご紹介しましたが、今回は中流量から小流量付近の水を使用するバレル型ケーシングフランシス水車発電機をご紹介します。

このフランシス水車水力発電機は、12年前に製作したものなので、これまで紹介してきた多くの水力発電機の中では比較的新しいと言えます。

水力発電機と同時期製作の渦巻ケーシング水力発電機

「バレル型ケーシングフランシス水車水力発電機」中流量タイプ製作例と同時期に製作しました「スパイラルケーシングフランシス水車水力発電機」を今日は載せてみたいと思います。
写真上がバレルケーシング水力発電機、そして下写真が渦巻きケーシング(スパイラルケーシング)水力発電機となります。
どちらも発電出力は10~15KW程度であり、マイクロ水力発電機と呼ばれる範囲出力の水力発電機となります。
どちらも12年前に設計製作したものですが、実は国内の水力発電業界も15年ほど前からつい4年ほど前は新規水力の数も少なく非常に小型水力発電開発が低迷した時期があり、それに伴いこちらで設計製作したものも12年以上前のものが多数となり紹介写真もそれ以前のものを中心に載せています。
実際のところ小型水力発電が見直されてきたのはこの4年間ぐらいだと思います。
見直されてきたひとつの要因は、二酸化炭素削減に最も排出の少ない発電方式であること、そして全世界的なグリーンエネルギー(クリーンエネルギー)の見直し機運からでしょうか。
それでも国内の小型水力見直しの動きは、海外のそれらに比較してゆっくりの状態だったと思います。
今になって急に小型水力案件の増加勢いが増してきて、自分が温めていた水力発電技術は無駄にならずかなり役に立てる時が来たようにも感じていますが、油断は出来ません。
過去にも自然エネルギーブームの到来と衰退を経験しているので、今度のブームが長く続くのか良くわからないところも現時点ではあるからです。