JP2004156448A - 水力発電システム - Google Patents

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Toshio Hashizume
利夫 橋爪
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】ダムを用いることなく、設備コストや運転コストが比較的安価で、安定した発電量を確保し得る水力発電システムを提供する。
【解決手段】河川等の近傍に貯水槽と所定深さの放水用ピットとを設け、貯水槽内の水を放水用ピットの底部付近に自然放水させる放水管と、放水された水を放水用ピットの底部から河川等の下流まで、重力により自然流出させる排水路とを配し、放水管の管路内に発電用タービンを配設して、貯水槽水面から放水管底部までの落差による水の重力エネルギーを利用して発電を行なう。また、サイフォンの原理を用いて、貯水槽水面より高い位置にあるタービンに給水する。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダムを用いることなく、比較的簡易な設備で水の落差を確保して、発電タービンへのエネルギー供給を可能にする水力発電システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水力発電は、大規模なものでは、ダムを設けて高落差からのエネルギーで発電しているが、ダム建設にあたり、環境破壊や巨額な建設コストが問題になっている。一方、小規模な水力発電の代表的なものとして、水車による発電がある。水車発電は、流水の状態が季節や天候の影響を受け、発電量が安定しないという問題がある。また、発電量増大のため水車をスケールアップすることにも、構造上限界があり、大規模発電には不向きである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
水力発電において、従来の技術はコスト高や、発電量の不安定さなどに問題があり、火力発電や原子力発電に置き換えられてきた。しかし、火力発電は地球温暖化の問題があり、原子力発電は安全性や燃料廃棄物等の問題があって、いずれもその前途は明るいものではない。そのため、近年地熱発電、風力発電、潮力発電等の自然のエネルギーを利用する発電方法に力が注がれているが、いずれも利用可能なエネルギーの量が少なく、発電コストが高いという問題が残されている。
【0004】
したがって、水力発電を見直して、巨大なダムを建設することなく、かつ小規模発電でも比較的効率の良い発電方法を追求することは、緊急の課題であると言える。そこで、本発明は、従来の水力発電の大規模なダム方式や小規模な水車方式の欠点を取り除き、設備コストや運転コストが比較的安価で、かつ安定した電力を供給し得る水力発電システムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の水力発電システムは、
河川又は湖沼からの取水地点の近傍に、貯水槽と所定深さの放水用ピットとを設け、
前記貯水槽内の水を前記放水用ピットの底部付近に自然放水させる放水管と、
この放水された水を、前記放水用ピットの底部から前記河川の下流又は前記湖沼から流出する河川の下流まで、重力により自然流出させる排水路とを配し、
かつ前記放水管の管路内に発電用タービンを配設して、
前記の河川又は湖沼の水を前記貯水槽内に導入して所定の水位を維持するとともに、この水位から前記放水管底部までの落差による水の重力エネルギーを利用して、前記発電用タービンにより発電を行なうことを特徴とする。
【0006】
上記の構成によれば、所定の水量と落差を維持できるため、安定した発電量を確保できる。また、土木工事としては、放水用ピットや排水路を建設すればよく、大規模なダム工事に比較すれば、建設コストは大幅に低減される。したがって、本発明の方法は、送電線のない地域において、電力需要設備の近くに設置する水力発電システムとして好適である。
【0007】
また、上記のシステムにおいては、前記発電用タービンを前記貯水槽の水面より高い位置に設置するとともに、前記放水管を、前記貯水槽から前記タービン入口まで揚水する部分と該タービン出口から前記放水用ピットの底部付近まで放水する部分とにより構成し、これらの全放水管路を機密にして、サイフォンの原理により前記発電用タービンに給水するように構成してもよい。
【0008】
放水管内に水が充満していれば、発電用タービンがどの位置に設けられていても(サイフォンの原理により給水する場合でも)、貯水槽の水位から放水管底部までの落差に相当する水の重力エネルギーを発電に利用することができる。したがって、上記のように構成することにより、発電用タービンを地上に建設することが可能になり、設備コストを節減することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。この発電システムでは、河川1から導水管2により貯水槽3に水を導入して、所定の水位が保たれるように貯水する。貯水槽3に近接して、地下に所定深さの放水用ピット4を設ける。このピット4の深さは、水の落差をどの程度確保するかに依るが、通常は貯水槽の水面から十数〜数十メートルとする。
【0010】
また、貯水槽3の水を放水用ピット4の底部付近に重力により自然放水する放水管5を配し、かつ放水された水を河川1の下流に、重力で自然流出させる排水路6を設ける。排水路6は、トンネル、埋設管、開溝等のいずれでもよく、これらを組み合わせて排水路6を形成してもよい。河川の勾配の比較的大な流域であれば、排水路6の長さは、数百メートル乃至1キロメートル程度で、必要な水の落差を確保することができる。
【0011】
放水管5の管路の途中に、タービン7とこれに連結して発電機8を配設する。放水管5内に水が充満した状態であれば、水流の落下による加速度の影響を受けることはない。したがって、タービン7の位置如何にかかわらず、原理的には貯水槽3の水面から放水管5の底部までの落差に相当する水の重力エネルギーを発電に利用することができる。また、放水管5内に水が充満した状態を確保するために、放水管5の下端を水封してもよい。
【0012】
図2は、本発明の実施形態の他の例を示す斜視図である。この発電システムでは、タービン7が貯水槽3の水面より高い位置に設置されている。また、放水管が、貯水槽3からタービン7入口まで揚水する部分5aと、タービン7の出口から放水用ピット4の底部付近まで放水する部分5bとから構成されている点以外は、図1のシステムの構成と同様である。
【0013】
上述のように、タービンが貯水槽の水面より高い位置にあっても、放水管5の管路を機密にして、その中を水が充満した状態で流れるようにすれば、サイフォンの原理を利用して、タービン7に給水することが可能であり、かつ貯水槽水面から放水管底部までの落差のエネルギーを発電に利用可能なことも図1の場合と同様である。これにより、タービン7や発電機8を地上に設置することが可能になり、設備費の低減を図ることができる。なお、レイアウトの都合上、タービンの位置が貯水槽水面より低くても、サイフォンの原理を利用して給水した方が良い場合もある。
【0014】
図3は、サイフォン方式の場合の放水管の上部構造の例を示す断面概要図である。この図に基づいて、起動時の手順を説明すると、貯水槽3に貯水された状態で、仕切弁11を閉じ、給水弁9aを開いて給水槽10及び放水管5aに水を充満させる。同時に給水弁9bも開き、タービン7より下部の放水管5bにも水こを充満させる。
【0015】
この際、放水管5bの下端を水封しておく。仕切弁11が閉じられており、放水管路が機密であれば、放水管5b内の水が流下することはない。
この状態から、仕切弁11を開にすれば、サイフォンの原理で水は勢い良く流下し、タービン7と発電機8により発電が行われる。
【0016】
なお、上記の例では、放水管5から放水された水は、排水路6により河川の下流に流出させる構成であるが、川床の地盤内部の滲透性が良い場合には、大部分の水が放水用ピット底部の川床に滲透するので、排水路の流量を少なくするか、或いは排水路を省略することも可能である。また当然ながら、本発明のシステムは高所にある湖沼にも適用でき、その際サイフォン方式でタービンに給水すれば、貯水槽を省略し得る場合もある。
【0017】
【発明の効果】
本発明により、設備コストや運転コストが比較的安価で、かつ安定した電力を供給し得る水力発電システムを提供することが可能になった。本発明は、送電線のない地域において、電力需要設備の近くに設置する水力発電システムとして好適である。
また、サイフォンの原理を用いる本発明のシステムでは、タービン及び発電機の設置位置を制約なく自由に選択することができ、かつ湖沼等から直接取水することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施形態の他の例を示す斜視図である。
【図3】サイフォン方式の場合の放水管の上部構造の例を示す断面概要図である。
【符号の説明】
1 河川
2 導水管
3 貯水槽
4 放水用ピット
5,5a,5b 放水管
6 排水路
7 タービン
8 発電機
9a,9b 給水弁
10 給水槽
11 仕切弁

Claims (2)

  1. 河川又は湖沼からの取水地点の近傍に、貯水槽と所定深さの放水用ピットとを設け、
    前記貯水槽内の水を前記放水用ピットの底部付近に自然放水させる放水管と、
    この放水された水を、前記放水用ピットの底部から前記河川の下流又は前記湖沼から流出する河川の下流まで、重力により自然流出させる排水路とを配し、
    かつ前記放水管の管路内に発電用タービンを配設して、
    前記の河川又は湖沼の水を前記貯水槽内に導入して所定の水位を維持するとともに、この水位から前記放水管底部までの落差による水の重力エネルギーを利用して、前記発電用タービンにより発電を行なうことを特徴とする水力発電システム。
  2. 前記発電用タービンを前記貯水槽の水面より高い位置に設置するとともに、前記放水管を、前記貯水槽から前記タービン入口まで揚水する部分と該タービン出口から前記放水用ピットの底部付近まで放水する部分とにより構成し、これらの全放水管路を機密にして、サイフォンの原理により前記発電用タービンに給水することを特徴とする請求項1記載の水力発電システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007039975A (ja) * 2005-08-03 2007-02-15 Kansai Electric Power Co Inc:The 発電用流路
CN113730962A (zh) * 2021-08-05 2021-12-03 山西昕田机电工程技术有限公司 一种压缩空气净化系统除油除水装置
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