JP2002155846A - 動力回収用水力発電装置 - Google Patents
動力回収用水力発電装置Info
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は送水ポンプの送出圧力が異なっ
ても水車と発電機の機器を標準化したものを使用でき効
果的なエネルギー回収を行える動力回収用水力発電装置
を提供することにある。 【解決手段】本発明は、上水を圧送する給水ポンプの吐
出側から上水を入力する水車６により駆動される交流発
電機７の交流出力を電力変換装置１６によって商用交流
出力に変換し、給水ポンプの吐出圧力に基いて電力変換
装置１６の出力制御を行うようにする。
ても水車と発電機の機器を標準化したものを使用でき効
果的なエネルギー回収を行える動力回収用水力発電装置
を提供することにある。 【解決手段】本発明は、上水を圧送する給水ポンプの吐
出側から上水を入力する水車６により駆動される交流発
電機７の交流出力を電力変換装置１６によって商用交流
出力に変換し、給水ポンプの吐出圧力に基いて電力変換
装置１６の出力制御を行うようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、上水を圧送する送
水ポンプの吐出側から上水を導水する水車によって交流
発電機を可変速駆動する動力回収用水力発電装置に関す
る。
水ポンプの吐出側から上水を導水する水車によって交流
発電機を可変速駆動する動力回収用水力発電装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、上水を圧送する送水ポンプの動
力回収を行うために送水ポンプの吐出側から上水を導水
する水車によって交流発電機を駆動する水力発電装置が
知られている。このような水力発電装置は、例えば、特
開平８―４２４４０号公報に記載されている。
力回収を行うために送水ポンプの吐出側から上水を導水
する水車によって交流発電機を駆動する水力発電装置が
知られている。このような水力発電装置は、例えば、特
開平８―４２４４０号公報に記載されている。
【０００３】従来、このような水力発電装置において良
好な水車特性を得るためには、落差つまり送水圧力に見
合った多様な比較回転速度の水車を製作しなければなら
ず、また、発電機も水車の回転速度に合わせたものとす
る必要があり様々なポール数のも用意する必要があり機
種が多くなる。
好な水車特性を得るためには、落差つまり送水圧力に見
合った多様な比較回転速度の水車を製作しなければなら
ず、また、発電機も水車の回転速度に合わせたものとす
る必要があり様々なポール数のも用意する必要があり機
種が多くなる。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】従来技術は、水車が同
一出力であっても有効落差に合わせた比較回転速度の水
車を制作して高特性を得るようにしていたが、種々の落
差、流量に対して最適な比較回転速度、容量、回転速度
の水車と発電機をその都度製作せざるを得なくなる。こ
のため、特に小容量の水力発電設備においては、設備の
製作費用の割合が回収電力の成果に比べて大きくなり、
効果的なエネルギー回収設備とならないという問題点を
有している。
一出力であっても有効落差に合わせた比較回転速度の水
車を制作して高特性を得るようにしていたが、種々の落
差、流量に対して最適な比較回転速度、容量、回転速度
の水車と発電機をその都度製作せざるを得なくなる。こ
のため、特に小容量の水力発電設備においては、設備の
製作費用の割合が回収電力の成果に比べて大きくなり、
効果的なエネルギー回収設備とならないという問題点を
有している。
【０００５】本発明の目的は送水ポンプの送出圧力が異
なっても水車と発電機の機器を標準化したものを使用で
き効果的なエネルギー回収を行える動力回収用水力発電
装置を提供することにある。
なっても水車と発電機の機器を標準化したものを使用で
き効果的なエネルギー回収を行える動力回収用水力発電
装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上水を圧送する
送水ポンプの吐出側から上水を入力する水車により駆動
される交流発電機の交流出力を電力変換装置によって商
用交流出力に変換し、送水ポンプの吐出圧力に基いて電
力変換装置の出力制御を行うようにしたことにある。
送水ポンプの吐出側から上水を入力する水車により駆動
される交流発電機の交流出力を電力変換装置によって商
用交流出力に変換し、送水ポンプの吐出圧力に基いて電
力変換装置の出力制御を行うようにしたことにある。
【０００７】本発明は送水ポンプの吐出圧力に応じて電
力変換装置の出力制御により交流発電機出力即ち水車の
負荷を変えているので、送水ポンプの送出圧力が異なっ
ても水車と発電機の機器を標準化したものを使用できる
ようになり、その結果として効果的なエネルギー回収を
行える。
力変換装置の出力制御により交流発電機出力即ち水車の
負荷を変えているので、送水ポンプの送出圧力が異なっ
ても水車と発電機の機器を標準化したものを使用できる
ようになり、その結果として効果的なエネルギー回収を
行える。
【０００８】また、送水圧力が異なっても交流発電機の
負荷を調整し水車と発電機の回転速度を変えることによ
り定格出力点における水車特性を適正な点に設定が可能
となる。
負荷を調整し水車と発電機の回転速度を変えることによ
り定格出力点における水車特性を適正な点に設定が可能
となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は上水道施設の給水ポンプの
動力回収用水力発電設備の系統図である。
動力回収用水力発電設備の系統図である。
【００１０】図１において、浄水池１で殺菌、消毒など
により浄化された水は、給水ポンプ（送水ポンプ）２に
よって昇圧され上水道管系統３に圧送される。給水ポン
プ２の吐出圧力は、上水道管系統３の所要水量に応じて
変化する。所要水量が減少すれば吐出圧力が上昇し、逆
に所要水量が増大すれば吐出圧力は低下する。
により浄化された水は、給水ポンプ（送水ポンプ）２に
よって昇圧され上水道管系統３に圧送される。給水ポン
プ２の吐出圧力は、上水道管系統３の所要水量に応じて
変化する。所要水量が減少すれば吐出圧力が上昇し、逆
に所要水量が増大すれば吐出圧力は低下する。
【００１１】しかしながら、送水端においても所要最低
の水圧は確保する必要があるため、給水ポンプ２の吐出
側における水圧をほぼ一定に保つ必要がある。このため
給水ポンプ２の吐出圧には余裕をもたせる必要がある
が、高くなりすぎる場合は余分な水量を浄水場から離れ
て配置された配水池４への送水量を変えて調整する必要
がある。
の水圧は確保する必要があるため、給水ポンプ２の吐出
側における水圧をほぼ一定に保つ必要がある。このため
給水ポンプ２の吐出圧には余裕をもたせる必要がある
が、高くなりすぎる場合は余分な水量を浄水場から離れ
て配置された配水池４への送水量を変えて調整する必要
がある。
【００１２】５は本発明の対象となる水力発電装置で、
配水池４に放流される圧力水から動力回収を行う目的で
配水池４に設置されている。水力発電装置５は水車６、
交流発電機７、水車6の入口弁である電動弁８、メンテ
ナンス用止め弁９とから構成されている。
配水池４に放流される圧力水から動力回収を行う目的で
配水池４に設置されている。水力発電装置５は水車６、
交流発電機７、水車6の入口弁である電動弁８、メンテ
ナンス用止め弁９とから構成されている。
【００１３】電動弁１０は水車６への配管が分岐されて
いる本管に設けられ、水力発電装置５５をメンテナンス
のため休止するときに使用される。１１は減圧弁で、配
水池４への放流機能を有するが、水車６への流量調整に
も用いられる。１２は配水ポンプで、配水池４から配水
管を介して一般家庭に上水を送るために用いられる。１
３は圧力センサで、配水池４近くの上水道管系統３内の
圧力を検出し、後述する同期発電機７の出力制御に用い
られる。
いる本管に設けられ、水力発電装置５５をメンテナンス
のため休止するときに使用される。１１は減圧弁で、配
水池４への放流機能を有するが、水車６への流量調整に
も用いられる。１２は配水ポンプで、配水池４から配水
管を介して一般家庭に上水を送るために用いられる。１
３は圧力センサで、配水池４近くの上水道管系統３内の
圧力を検出し、後述する同期発電機７の出力制御に用い
られる。
【００１４】水車６と交流発電機７は、例えば、図２の
ように既設の給水ポンプ１２の給水ポンプ設備に、バイ
パス管１４を通して取り付けられる。
ように既設の給水ポンプ１２の給水ポンプ設備に、バイ
パス管１４を通して取り付けられる。
【００１５】図３は本発明になる可変速水力発電装置の
一実施例を示す構成図である。
一実施例を示す構成図である。
【００１６】図３において、１５は電圧調整器で、励磁
電流を調整することによって同期発電機７の発電量を変
えることができる。１６は電力変換装置で、同期発電機
７の交流電圧を整流する順変換装置（整流装置）１７、
直流を商用周波数の交流に変換する逆変換装置（インバ
ータ）１８、直流電圧を制御するスイッチング素子（チ
ョッパ）２１および平滑コンデンサ２３より構成され、
商用周波数の交流を出力する。
電流を調整することによって同期発電機７の発電量を変
えることができる。１６は電力変換装置で、同期発電機
７の交流電圧を整流する順変換装置（整流装置）１７、
直流を商用周波数の交流に変換する逆変換装置（インバ
ータ）１８、直流電圧を制御するスイッチング素子（チ
ョッパ）２１および平滑コンデンサ２３より構成され、
商用周波数の交流を出力する。
【００１７】スイッチング素子（チョッパ）２１は電圧
制御装置１９によって制御され、また、インバータ１８
は出力制御装置２０によって制御される。出力制御装置
２０は、圧力センサ１３からの制御信号（圧力測定値）
に基いてインバータ１８の出力を制御する。２２は電源
トランスで、一次側の電圧を二次側の電圧に一致させる
ために設けられている。
制御装置１９によって制御され、また、インバータ１８
は出力制御装置２０によって制御される。出力制御装置
２０は、圧力センサ１３からの制御信号（圧力測定値）
に基いてインバータ１８の出力を制御する。２２は電源
トランスで、一次側の電圧を二次側の電圧に一致させる
ために設けられている。
【００１８】図４に水車６の特性図である。２４は水車
効率の等高曲線である。２５は水車６の定格出力点で、
定格出力時に最も効率が高くなるように設計される。２
６はガイドベーン開度を固定した場合（あるいはガイド
ベーン無しとした場合）の特性を示す。
効率の等高曲線である。２５は水車６の定格出力点で、
定格出力時に最も効率が高くなるように設計される。２
６はガイドベーン開度を固定した場合（あるいはガイド
ベーン無しとした場合）の特性を示す。
【００１９】さて、上水道管系統３の所要水量が減少し
た場合、ポンプ２の流量・圧力特性により、給水ポンプ
２の吐出圧力が大となるので水車６への流入量を増やす
必要がある。これは水車６の負荷即ち同期発電機７の出
力を増大させることを意味する。給水ポンプ２の吐出圧
力を検出する圧力センサ１３の測定信号を出力制御装置
２０へ入力して同期発電機７の出力を増大させる。
た場合、ポンプ２の流量・圧力特性により、給水ポンプ
２の吐出圧力が大となるので水車６への流入量を増やす
必要がある。これは水車６の負荷即ち同期発電機７の出
力を増大させることを意味する。給水ポンプ２の吐出圧
力を検出する圧力センサ１３の測定信号を出力制御装置
２０へ入力して同期発電機７の出力を増大させる。
【００２０】同期発電機７の出力を増大させることは水
車６の負荷が増大することになるので、それに応じて水
車６への流入量が増大する。このようにして、上水道管
系統３の所要水量が減少した分が水車６に流入すること
になり、全体流量がほぼ一定になるため、給水ポンプ２
の吐出圧力もほぼ一定に保たれる。
車６の負荷が増大することになるので、それに応じて水
車６への流入量が増大する。このようにして、上水道管
系統３の所要水量が減少した分が水車６に流入すること
になり、全体流量がほぼ一定になるため、給水ポンプ２
の吐出圧力もほぼ一定に保たれる。
【００２１】上水道管系統３の所要水量が増大した場合
は、逆に給水ポンプ２の吐出圧力が低下するので水車６
への流入量を絞ることになる。これは水車６の負荷即ち
同期発電機７の出力を小さくすることになるが、やはり
圧力センサ１３の測定信号により出力制御装置２０を介
して行なわれる。
は、逆に給水ポンプ２の吐出圧力が低下するので水車６
への流入量を絞ることになる。これは水車６の負荷即ち
同期発電機７の出力を小さくすることになるが、やはり
圧力センサ１３の測定信号により出力制御装置２０を介
して行なわれる。
【００２２】なお、図４において、水車６への流入量が
定格出力点２５より増大又は減少すると、効率曲線２６
により効率はある程度低下するが、実用上、問題のない
ところで運転を行うことができる。
定格出力点２５より増大又は減少すると、効率曲線２６
により効率はある程度低下するが、実用上、問題のない
ところで運転を行うことができる。
【００２３】配水池４は通常複数あり、各配水池４が浄
水場から異なった距離に配置されるが、配水池４に貯え
られる水量は大きな差がないため、平均的な配水池に送
水される上水の持つエネルギー量に対応した容量の水車
発電装置５を用意しておくことにより共通的に適用が可
能となる。
水場から異なった距離に配置されるが、配水池４に貯え
られる水量は大きな差がないため、平均的な配水池に送
水される上水の持つエネルギー量に対応した容量の水車
発電装置５を用意しておくことにより共通的に適用が可
能となる。
【００２４】すなわち、水車６の比較回転速度は、落差
に対応して実用的な範囲内で選定されるが、落差と流量
より決まる出力とこの比較回転速度に対応して水車６の
回転速度が決定される。従来はこの比較回転速度に見合
った水車を提供する必要があったが、本発明は落差が異
なる場合もこの落差に合わせて回転速度を変えることに
より比較回転速度を合わせることができるので、同一水
車７を落差の異なる地点に適用することが可能になる。
に対応して実用的な範囲内で選定されるが、落差と流量
より決まる出力とこの比較回転速度に対応して水車６の
回転速度が決定される。従来はこの比較回転速度に見合
った水車を提供する必要があったが、本発明は落差が異
なる場合もこの落差に合わせて回転速度を変えることに
より比較回転速度を合わせることができるので、同一水
車７を落差の異なる地点に適用することが可能になる。
【００２５】水車６の回転速度は、水車６と機械的に連
結した同期発電機７の回転速度を負荷調整によって変え
ることができる。又、同期発電機７の出力は電力変換装
置１６により商用周波数に変換することができるので、
多くのポール数を選定する必要がなくなる。
結した同期発電機７の回転速度を負荷調整によって変え
ることができる。又、同期発電機７の出力は電力変換装
置１６により商用周波数に変換することができるので、
多くのポール数を選定する必要がなくなる。
【００２６】このようにして水車発電機を制御するので
あるが、本発明は送水ポンプの吐出圧力に応じて電力変
換装置の出力制御により交流発電機出力即ち水車の負荷
を変えているので、送水ポンプの送出圧力が異なっても
水車と発電機の機器を標準化したものを使用できるよう
になり、その結果として効果的なエネルギー回収を行え
る。
あるが、本発明は送水ポンプの吐出圧力に応じて電力変
換装置の出力制御により交流発電機出力即ち水車の負荷
を変えているので、送水ポンプの送出圧力が異なっても
水車と発電機の機器を標準化したものを使用できるよう
になり、その結果として効果的なエネルギー回収を行え
る。
【００２７】また、送水圧力が異なっても交流発電機の
負荷を調整し水車と発電機の回転速度を変えることによ
り定格出力点における水車特性を適正な点に設定が可能
となる。
負荷を調整し水車と発電機の回転速度を変えることによ
り定格出力点における水車特性を適正な点に設定が可能
となる。
【００２８】さらに、水車・発電機のラインアップ数を
低減し、落差の異なる多数の地点に同一機器を適用させ
ることにより、台数効果によるコスト低減を図り、今ま
で経済的に成り立たなかった地点においても小水力発電
によるエネルギー回収を可能とさせる利点がある。
低減し、落差の異なる多数の地点に同一機器を適用させ
ることにより、台数効果によるコスト低減を図り、今ま
で経済的に成り立たなかった地点においても小水力発電
によるエネルギー回収を可能とさせる利点がある。
【００２９】なお、配水池４に放流する流量のベース分
は水車６を介して行わせることにより、減圧弁１１を小
形にすることが可能である。
は水車６を介して行わせることにより、減圧弁１１を小
形にすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】本発明は送水ポンプの吐出圧力に応じて
電力変換装置の出力制御により交流発電機出力即ち水車
の負荷を変えているので、送水ポンプの送出圧力が異な
っても水車と発電機の機器を標準化したものを使用でき
るようになり、その結果として効果的なエネルギー回収
を行える。
電力変換装置の出力制御により交流発電機出力即ち水車
の負荷を変えているので、送水ポンプの送出圧力が異な
っても水車と発電機の機器を標準化したものを使用でき
るようになり、その結果として効果的なエネルギー回収
を行える。
【図１】上水道施設の給水ポンプにおける動力回収用水
力発電設備の系統を示す図である。
力発電設備の系統を示す図である。
【図２】既設の給水ポンプ設備にバイパス管を通して水
力発電設備を取り付けた一例を示す図である。
力発電設備を取り付けた一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図４】有効落差をパラメータとし、回転速度と流量を
座標とした水車の効率特性を示す図である。
座標とした水車の効率特性を示す図である。
１…浄水池、２…給水ポンプ、３…上水道管系統、４…
配水池、５…水力発電装置、６…水車、７…同期発電
機、８…電動弁、９…止め弁、１０…電動弁、１１…減
圧弁、１２…配水ポンプ、１３…圧力センサ、１４…バ
イパス管、１５…電圧調整器、１６…電力変換装置、１
７…順変換装置、１８…逆変換装置、１９…電圧制御装
置、２０…出力制御装置、２１…スイッチング素子（チ
ョッパ）、２２…電源トランス、２３…平滑コンデン
サ。
配水池、５…水力発電装置、６…水車、７…同期発電
機、８…電動弁、９…止め弁、１０…電動弁、１１…減
圧弁、１２…配水ポンプ、１３…圧力センサ、１４…バ
イパス管、１５…電圧調整器、１６…電力変換装置、１
７…順変換装置、１８…逆変換装置、１９…電圧制御装
置、２０…出力制御装置、２１…スイッチング素子（チ
ョッパ）、２２…電源トランス、２３…平滑コンデン
サ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H074 AA12 BB10 CC11 CC28 CC32 CC43 5H590 AA02 CA11 CC01 CC18 CD01 CD03 CE01 DD64 EB14 HA15
Claims (3)
- 【請求項１】上水を圧送する送水ポンプの吐出側から上
水を入力する水車と、前記水車により駆動される交流発
電機と、前記交流発電機の交流出力を商用交流出力に変
換する電力変換装置と、前記送水ポンプの吐出側圧力を
測定する圧力測定手段と、前記圧力測定手段の圧力測定
値を入力して前記電力変換装置の出力を制御する出力制
御手段とを具備することを特徴とする動力回収用水力発
電装置。 - 【請求項２】圧力と流量が変化する上水を圧送する送水
ポンプの吐出側に設けられたバイパス管から上水を導水
する水車と、前記水車に機械的に連結されている交流発
電機と、前記交流発電機の交流電圧を整流する順変換装
置と、前記順変換装置の直流電圧を商用交流電圧に変換
する逆変換装置と、前記送水ポンプの吐出側圧力を測定
する圧力測定手段と、前記圧力測定手段の圧力測定値を
入力して前記逆変換装置の負荷電流を制御する出力制御
手段とを具備することを特徴とする動力回収用水力発電
装置。 - 【請求項３】浄水池の上水を配水池に圧送する送水ポン
プの吐出側に設けられたバイパス管から上水を導水する
案内羽根不付水車と、前記水車により可変速駆動される
同期発電機と、前記同期発電機の交流電圧を直流電圧に
整流する整流装置と、前記整流装置の直流電圧を制御す
るスイッチング素子と、前記スイッチング素子により制
御された直流電圧を商用交流電圧に変換する逆変換装置
と、前記送水ポンプの吐出側圧力を測定する圧力測定手
段と、前記圧力測定手段の圧力測定値を入力して圧力上
昇により電流増加となるように前記逆変換装置を制御す
る出力制御手段とを具備することを特徴とする動力回収
用水力発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000357191A JP2002155846A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 動力回収用水力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000357191A JP2002155846A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 動力回収用水力発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002155846A true JP2002155846A (ja) | 2002-05-31 |
Family
ID=18829296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000357191A Pending JP2002155846A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 動力回収用水力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002155846A (ja) |
Cited By (8)
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2000
- 2000-11-24 JP JP2000357191A patent/JP2002155846A/ja active Pending
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