小水力

小水力発電(しょうすいりょくはつでん、Small hydro)とは、小規模な水力発電である。
マイクロ水力発電(マイクロすいりょくはつでん)、小規模水力発電ともいう。

概要

特に小規模な(あるいは特に出力の小さな)水力発電を意味する。例えば、用水路、小河川、道路脇の側溝の水流、水道 等々、様々な水流を利用して発電を行う。「小水力発電」に厳密な定義はないが、出力10,000 kW~30,000kW以下を「中小水力発電」とよび、主に出力1,000kw~10,000kW以下、また「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法(新エネ法)」の対象のように出力1,000kW以下の小規模な水力発電を総称して「小水力発電」とよぶ。また、より細分化し1kW未満の極めて小出力なものを「ピコ水力」とよぶこともある。日本では一般的には下記の表の様に区分されることが多い


区分 発電出力(kW)
大水力 (large hydro) 100,000 以上
中水力 (medium hydro) 10,000 ~ 100,000
小水力 (small hydro) 1,000 ~ 10,000
ミニ水力 (mini hydro) 100 ~ 1,000
マイクロ水力 (micro hydro) 100以下

小水力発電の利点は、ダムも大規模な水源も必要とせず、小さな水流であっても比較的簡単な工事をするだけで発電できることにある。このため、山間地、トンネル内からの湧水北陸トンネルでは毎秒180リットルの湧水を使っての実証試験をしている(『鉄道ファン』2014年3月号148頁)。また、国道162号線「京北トンネル」では視線誘導灯を点灯させている(『京都新聞』2013年12月22日24面 「京北トンネル開通」記事)、中小河川、農業用水路、上下水道施設、ビル施設、家庭などにおける発電も可能である。

水力発電は過去100年以上の長い歴史を有しており、技術上の課題はほぼ解決されており、自然環境への負荷が少なく、比較的少ない出費から行うことができる。ヨーロッパなどでは、水車で粉を挽いていた水車小屋が水力発電所に作り変えられたり、水車づくりのノウハウがある地域では水力発電装置の制作に活かすことができる

また、東北小水力発電(秋田市)、豊田通商と連携し、トヨタ自動車のハイブリッド車(HV)「プリウス」のHVユニット(モーターやインバーターなど)を再利用し、制御コントローラーやモーターなどに活用し、低価格かつ高効率なシステムを発売する。600万円程度の出費を目指しており、プリウスの部品を使わない場合に比べて2分の1から3分の1となるとされ、比較的安価に制作することが可能である。かなり安定した電源として使うこともできる

小水力発電は系統連系を行い、売電に使い利益を生むことも可能である。

しかし、日本においては、複数の省庁によって様々な規制(特に河川法)が設けられるため、長年に渡りその普及が阻害されてきた。いわば規制や利権の歴史でもある。2010年3月31日に総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会電力安全小委員会小型発電設備規制検討ワーキンググループがとりまとめた報告 などにより、経済産業省が所管する規制の一部または全部が不要となったものの、一定の規模を超えると、資格者の選任、保安規定による管理等、規制が依然として残っており、規制によるコストがかかる。さらに、農水省所管の農業用水に関する規制、国土交通省所管の慣行水利権に係る水利使用の許可手続きなど、他の省庁の規制は依然として残っている
(2015年1月になり農地用用排水路に設置する場合の規制緩和が行われた)。

開発

小水力発電は、水流のある場所であれば設置が可能であるため、エネルギーの回収にも利用できる。
マイクロ水力やピコ水力など発電量の小さいものだと、工場高層ビル病院等には、張り巡らされた空調・用水・排水の高低差のある配管を利用し、その落下する水流によって羽根車を回転させ発電を行うことで、電力としてエネルギーを回収することも出来る。2014年現在、日本では1設備あたり9kWの能力のあるビル施設内での発電設備が実用化されている エネルギー回収システム(日立製作所) 。未開発の小水力発電の出力は約660万kw分あり、原発1基の出力を100万kWとすると原発6.6基分の出力が見込めることになる

河川を利用した10,000kw以下の小水力発電の既開発 、工事中、未開発の状況は以下のようになっている。

日本の小水力発電(10,000kw以下)の水力エネルギー量・出力別包蔵水力(一般水力)
出力区分(kW) 既開発 工事中 未開発
地点 出力(kW) 電力量(MWh) 地点 出力(kW) 電力量(MWh) 地点 出力(kW) 電力量(MWh)
5,000~10,000
282 1,909,628 9,765,728 8 57,490 317,116 336 2,266,300 9,055,750
3,000~5,000
163 609,465 3,192,290 5 18,710 98,105 513 1,925,000 7,717,712
1,000~3,000
425 753,087 4,186,412 5 8,900 48,846 1,204 2,212,600 8,988,634
1,000未満
621 254,672 1,546,814 23 10,946 50,513 349 231,410 1,165,133
合計
1491 3,526,852 18,691,244 41 96,046 514,580 2,402 6,635,310 26,927,229
2020年3月31日現在

設置方法・設置場所

小水力発電の大きな特徴は設置場所にある。装置が比較的小さいため、ある程度の水量さえあれば設置が可能である。

重さわずか約13kgで 人が肩にかけて持ち運ぶことが可能な水力発電装置も開発・販売されている

設置場所としては次のような場所がある。
  • 工場用水(生産過程で水を多く使用する鉄や紙、化学品、薬品、飲料品などの工場)
  • 工場排水
  • 高層建築物(エネルギー回収システムとして)

上記以外にも、様々な場所に設置が可能である。

山間部の傾斜地の側溝等の水が豊富に流れている場所でも、適した発電装置を選べば設置可能。

また洗面やトイレの洗浄水で発電する製品も実用化されているアクアオート・エコ(発電タイプ) - TOTO

構造

水車のタイプ

水車のタイプは主に高低差で決定する。水車発電用水車が詳しい。

運営

日本で小水力発電所を運営している主体で一番多いのは、農家などがつくる「水土里(みどり)ネット」ともよばれる組織「土地改良区」である。この組織は土地改良事業の一環として用水路の管理をおこなっており、水を利用しやすい立場にあるため、「土地改良区」が管理する小水力発電が日本には多く存在する。小水力発電の事業主体としては、都道府県や市町村などの行政もあり、「企業局」という組織に、公営事業をおこなうことが許可され、電気を販売して利益を得ることも可能となっている。例えば、富山県南砺市の小水力発電所の最大出力160kW。年間3000万円以上の売電利益を生むなど、規模は小さくとも地域にとって小さくない有益な存在となっている

特徴

長所
  • ある程度の水量があれば、基本的にどこにでも設置が可能。
  • ポテンシャルが大きい。中小規模の水力発電を合わせれば、未開発の出力は1212万kW(2004年)とされる。
  • 太陽光発電風力発電と比較して、天候等による発電量の変動が少ない。
  • 大型水力発電と比べて、生態系を脅かす心配が少ない。
  • 水力のダム発電は水門を開けたときのみ発電するが、小水力発電は24時間365日発電し続けられる。
  • 固定価格買い取り制度(FIT)を活用することで、発電した電力の売電ができる。
短所
  • 河川などには落ち葉やゴミ等が流れてくるので、タイプによってはそれを取り除く手間(メンテナンス)が必要となる場合がある。
  • (自然の中に設置するタイプでは)降雨量が少ない日が長期間続くと、発電量が減る。
  • 洪水など流水量が限界を超えて大きくなると、発電設備が破損したり、流失することがある。

脚注

注釈

出典

参考文献

  • 竹尾敬三、「小型水力発電製作 ガイドブック」、パワー社、1997年7月15日初版、ISBN 4827712913
  • 千矢博道、「これからやりたい人の小型水力発電入門」、パワー社、1992年9月10日初版、ISBN 482772234X
  • 「ダイキン、超小型マイクロ水力発電システム開発を目指し神戸市で研究開始」、日経速報ニュースアーカイブ、2016年5月26日
  • 「イムール工業顧問、全国小水力利用推進協議会理事長沖武宏さんー「小水力発電」の将来性は?(ここが聞きたい)」、日本経済新聞、地方経済面 中国・四国特集、2014年3月19日

関連項目

  • 村野浄水場 - 立体式の階層系浄水施設を持ち、それを利用した水力発電を行っている。
  • 三居沢発電所 - 1888年に設置された水力発電所。常時290kW

外部リンク

Category:適正技術

wikipediaより

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