JP2010209584A - 水力発電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電設備から河川に濁水を流すことの影響を確認しながら、支障のない範囲で効率的な運転を実施できる水力発電制御方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る水力発電制御方法は、ダム１の貯水の濁度が増加するのに伴い、ダム１の貯水からの取水抑制を行い、濁度がさらに所定の設定値を超えた場合に、ダム１の貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行う。あるいは、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差が所定の設定値を超えた場合に、ダム１の貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ダムの貯水から取水して発電を行う水力発電システムにおける水力発電制御方法に関するものである。

従来より、ダムの貯水から取水して発電を行う水力発電システムにおいて、貯水中の水中浮遊物質の濃度が上昇して貯水の濁度が大きくなった場合、濁水を下流の河川に流さないことや発電設備における水車等の磨耗を防ぐことを目的として、取水を停止することがある。特に、濁水を下流の河川に流してしまうと、漁業者や水道水・灌漑用水等の摂取に関わる者に影響を与えることがあるので、十分に配慮する必要がある。

貯水中の水中浮遊物質の濃度が上昇して貯水の濁度が大きくなる原因として、貯水の水位が下がり、底に堆積した土砂が貯水の流動性による影響を受けやすくなってしまうことや、藻等の水中植物が繁殖してしまうこと等がある。また、豪雨により多量の濁水が発生した場合にも、貯水の濁度が大きくなってしまうことになる。

上記のような状況の際に、発電設備から濁水を流してしまわないように、貯水中の水中浮遊物質を計測し、計測した濃度や粒径に基づいて取水を停止する水力発電方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−２１３６５９号公報

しかしながら、貯水の濁度があまり大きくはない場合、取水を完全に停止せずとも、取水量を抑制した状態で発電を継続できるときがある。このような場合にも、取水を停止して発電機を停めていたのでは、必要な発電量を確保することができなくなるという問題が生じ得る。また、豪雨により貯水の濁度が増加した場合には、同一水系の河川においても濁度が大きくなっていることが多く、濁水を河川に流しても問題はないから、必ずしも取水を停止して発電機を停める必要はない。即ち、貯水の濁度が増加した場合に、常に取水を停止して発電機を停めていたのでは効率的な運転ができないという問題点があった。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、発電設備から濁水を河川に流すことの影響を確認しながら、支障のない範囲で効率的な運転を実施できる水力発電制御方法を提供することを課題とする。

本発明に係る水力発電制御方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、ダムの貯水中の水中浮遊物質の濃度に基づいてダムの貯水の濁度を算出する算出手段と、該算出手段により算出されたダムの貯水の濁度に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御するか否かを判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御する制御手段とを備える水力発電システムであって、ダムの貯水の濁度が増加するのに伴い、ダムの貯水からの取水抑制を行い、濁度がさらに所定の設定値を超えた場合に、ダムの貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行うことを特徴とするものである。

上記構成の水力発電制御方法によれば、算出されたダムの貯水の濁度に基づいた最適な処理が行われる。即ち、濁度の増加が許容量以内である場合には、通常の取水及び発電機の運転が行われ、濁度があるレベルを超えるとダムの貯水からの取水抑制を行う。この間、電力量は抑えられるが、発電は継続される。また、濁度が次のレベルを超えると、ダムの貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行うようにする。

また、本発明に係る別の水力発電制御方法は、ダムの貯水中の水中浮遊物質の濃度に基づいてダムの貯水の濁度を算出すると共に、ダムの貯水と同一水系の河川の水中浮遊物質の濃度に基づいて該河川の濁度を算出する算出手段と、該算出手段により算出されたダムの貯水の濁度及び該ダムの貯水と同一水系の河川の濁度に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御するか否かを判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御する制御手段とを備える水力発電システムであって、ダムの貯水の濁度と該ダムの貯水と同一水系の河川の濁度との差が所定の設定値を超えた場合に、ダムの貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行うことを特徴とする。

上記構成の水力発電制御方法によれば、算出されたダムの貯水の濁度及び該ダムの貯水と同一水系の河川の濁度に基づいた最適な処理が行われる。即ち、両濁度の差が許容量以内である場合には、通常の取水及び発電機の運転が行われ、両濁度の差があるレベルを超えると、ダムの貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行うようにする。

以上のように、本発明に係る水力発電制御方法によれば、発電設備から濁水を河川に流すことの影響を確認しながら、支障のない範囲で効率的な運転を実施できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の一実施形態に係る水力発電システムの全体を示す図である。 同実施形態において、実施例１の制御の流れを示すフローチャートである。 同実施形態において、実施例２の制御の流れを示すフローチャートである。 同実施形態において、実施例３の制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る水力発電制御方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、ダムの貯水から取水して発電を行う水力発電システムの全体を示す図である。

ダム１の取水口２のゲート３から取り込まれた取水は、大きな落差（数十ｍ程度）のある水路４を流れ、発電機５に導入される。この導入された取水が、発電機５の水車を駆動して発電する。発電に使用された取水は、放水口６から河川に戻される。この戻される場所に対する同一水系の上流域を上流河川７、下流域を下流河川８と称する。なお、ゲート３は開閉が可能となっており、ダム１の貯水からの通常の取水、取水抑制、取水停止等の状態を設定するものである。

ダム１の取水口２付近には、ダム１の貯水中の水中浮遊物質の濃度を検知する検知器９が設置されている。水中浮遊物質とは、水中を漂う固体の物質（土砂等）である。検知器９は、計測する水を取り込む採水部と水中浮遊物質の濃度を計測する計測部とから構成されている。計測結果（検知された濃度）は、電気通信回線等を介して判定手段へ送られる。

また、実施例によっては、上流河川７に検知器１１を、又は下流河川８に検知器１２を設置する場合がある。また、前記ゲート３と発電機５との間の水路４にも、同様の検知器１３を設置する場合がある。検知器１１〜１３による計測結果（検知された濃度）も、電気通信回線等を介して判定手段へ送られるようになっている。

判定手段は、前記検知された濃度のデータが所定の時間間隔で送られ、検知器が設置されている各場所における水の濁度を算出する算出手段を備える。この判定手段は、ダム１の貯水の濁度と設定値との比較や、各場所間の濁度の差と設定値との比較を行い、制御手段１４が制御対象に指令を行う基となる判定を行う。制御手段１４は、ゲート３を開閉させる指令や発電機５を運転・停止させる指令を行う他、ダム１の濁度が設定値以上になった場合に警報を発生させる指令等を行う。

本実施形態に係る水力発電システムは以上の構成からなる。次に、本実施形態に係る水力発電制御方法について説明する。

［実施例１］
本実施形態に係る実施例１について、図に基づいて説明する。本実施例では、図１で示す検知器９を使用する。図２は、ダム１の貯水の濁度を判定対象とする発電制御を行う方法を示すフローチャートである。

制御フローとして、まず、ダム１の貯水から取水して発電機５を運転させる処理が行われる（ステップＳ１０１）。初期においては、ダム１の貯水の濁度は十分小さく、通常の取水と発電機５の運転が行われているとする。

次に、検知器９によりダム１の貯水の濃度が検知され（ステップＳ１０２）、計測結果が判定手段に送られる。前述のように、計測結果のデータは所定の時間間隔で送られるということで、適宜のタイミングでダム１の貯水の濁度が算出される（ステップＳ１０３）。この濁度に対する比較値としては、Ａ１〜Ａ４（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４）が用いられる。

まず、判定手段は濁度がＡ１より大きいか否かを比較し（ステップＳ１０４）、Ａ１以下であれば問題のないレベルであると判断し、警報を発生させる指令は行われず、通常の取水が行われる。この場合、現時点で警報を発生させているか否かを確認し（ステップＳ１０５）、警報を発生させていれば、警報解除指令を行う（ステップＳ１０６）。また、現時点で通常の取水をしているか否かを確認し（ステップＳ１０７）、通常の取水をしていなければ、通常取水指令を行う（ステップＳ１０８）。

一方、ダム１の貯水の濁度がＡ１より大きければ、現時点で警報を発生させているか否かを確認し（ステップＳ１０９）、警報を発生させていなければ、制御手段１４は警報を発生させる指令を行う（ステップＳ１１０）。そして、この警報は発電設備の関係者に伝達され、濁水の発生に関する注意が喚起される。

次に、判定手段はダム１の貯水の濁度がＡ２より大きいか否かを比較し（ステップＳ１１１）、Ａ２以下であれば通常の取水が行われる。この場合、現時点で通常の取水をしているか否かを確認し（ステップＳ１１２）、通常の取水をしていなければ、通常取水指令を行う（ステップＳ１１３）。

一方、ダム１の貯水の濁度がＡ２より大きければ、現時点で取水を抑制しているか否かを確認し（ステップＳ１１４）、取水を抑制していなければ、制御手段１４は取水抑制指令を行う（ステップＳ１１５）。即ち、ゲート３が絞られ、ダム１の貯水からの取水が抑制される。この濁度がＡ２より大きいということは、通常の取水を継続すると下流河川８に影響を与えるレベルであることを示している。したがって、この場合、取水量に応じて電力量を抑えた発電が実施される。

取水を完全に停止させるか否かについては、ダム１の貯水の濁度がＡ３より大きいか否かで判断される（ステップＳ１１６）。即ち、ダム１の貯水の濁度がＡ３より大きければ、制御手段１４は、取水停止中でないことを確認して（ステップＳ１１７）、ゲート３をさらに絞り、ダム１の貯水からの取水を完全に停止させる（ステップＳ１１８）。この濁度がＡ３より大きいということは、取水を抑制しても下流河川８に影響を与えるレベルであることを示している。したがって、この場合、水路４に残っている取水の量に応じた発電が実施された後に発電機５は停止する。

さらに、判定手段はダム１の貯水の濁度がＡ４より大きいか否かを比較し（ステップＳ１１９）、該当すれば、制御手段１４は発電機５の運転を停止させる（ステップＳ１２０）。この濁度がＡ４より大きいということは、水路４に残っている取水が発電後に放出されるだけでも下流河川８に影響を与えてしまうレベルであり、即座に発電機５の運転を停止させる必要があることを示している。なお、発電機５の運転が停止すると放水口６から濁水が放出されることはなくなり、本実施例ではこの状態はロックされ、一連の制御フローは終了に至る。

一方、ダム１の貯水の濁度がＡ４以下であれば、制御フローはダム１の貯水の濃度検知（ステップＳ１０２）に戻り、以降、同様に判定・制御が行われる。ここで、例えば、一時的にダム１の貯水の濁度がＡ３より大きくなり取水が停止されていても、その後にダム１の状態が回復して濁度が小さくなった場合、通常の取水が行われるようになる（濁度がＡ２以下になった場合）。また、さらにダム１の状態が回復し、濁度がＡ１以下になった場合、通常の取水が行われることに加えて警報も解除されるようになる（ステップＳ１０６）。

以上のように、本実施例に係る水力発電制御方法によれば、ダム１の貯水の濁度に応じて、各処理を行うようにするので、発電設備から許容量以上の濁水を流してしまうことがなく、且つ電力量を抑えつつも可能な限り発電を続けるという効率的な運転を実施することができる。

［実施例２］
本実施形態に係る実施例２について、図に基づいて説明する。本実施例では、図１で示す検知器９と検知器１１とを使用する。図３は、ダム１の貯水の濁度に加えて、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を判定対象として発電制御を行う方法を示すフローチャートである。

制御フローとして、まず、ダム１の貯水から取水して発電機５を運転させる処理が行われる（ステップＳ２０１）。初期においては、ダム１の貯水の濁度は十分小さく、通常の取水と発電機５の運転が行われているとする。

次に、検知器９によるダム１の貯水の濃度検知及び検知器１１による上流河川７の濃度検知が行われ（ステップＳ２０２）、計測結果が判定手段に送られる。前述のように、検知された濃度のデータが所定の時間間隔で送られるということで、適宜のタイミングで各濁度が算出される（ステップＳ２０３）。

ダム１の貯水の濁度に対する比較値としては、前述のＡ１が用いられる。まず、判定手段はダム１の貯水の濁度がＡ１より大きいか否かを比較し（ステップＳ２０４）、Ａ１以下であれば問題のないレベルであると判断し、警報を発生させる指令は行われない。この場合、現時点で警報を発生させているか否かを確認し（ステップＳ２０５）、警報を発生させていれば、警報解除指令を行う（ステップＳ２０６）。

一方、ダム１の貯水の濁度がＡ１より大きければ、現時点で警報を発生させているか否かを確認し（ステップＳ２０７）、警報を発生させていなければ、制御手段１４は警報を発生させる指令を行う（ステップＳ２０８）。そして、この警報は、前述のように発電設備の関係者に伝達され、濁水の発生に関する注意が喚起される。

次に、判定手段はダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｂより大きいか否かを比較する（ステップＳ２０９）。例えば、豪雨によりダム１の貯水の濁度が大きくなってしまった場合には、同一水系の河川においても濁度が大きくなっていることが多い。この場合には、発電設備からの濁水による河川への影響は小さいので、発電を継続することができる。本実施例では、ダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差がＢ以下であれば通常の取水と発電機５の運転を継続する。

一方、ダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｂより大きくなると、制御手段１４は、ゲート３を絞り、ダム１の貯水からの取水を停止させると共に発電機５を停止させる（ステップＳ２１０）。この差が設定値Ｂより大きいということは、発電を継続すると下流河川８に影響を与えるレベルであることを示している。なお、発電機５の運転が停止すると放水口６から濁水が放出されることはなくなり、本実施例ではこの状態はロックされ、一連の制御フローは終了に至る。

以上のように、本実施例に係る水力発電制御方法によれば、ダム１の貯水の濁度に加えて、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を判定対象として、各処理を行うようにするので、下流河川８に影響を与えることがなく、且つ可能な限り発電を継続できる効率的な運転を実施することができる。

なお、本実施例では、同一水系の河川の濁度判定用として検知器１１を使用するとしたが、検知器１２を使用するようにしてもよい。この場合には、ダム１の貯水が流された下流河川８の濁度を基に判定することができる。

［実施例３］
本実施形態に係る実施例３について、図に基づいて説明する。本実施例では、図１で示す検知器９と検知器１１と検知器１３とを使用する。図４は、ダム１の貯水の濁度に加えて、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差、及び、水路４を流れる取水の濁度とダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を判定対象として発電制御を行う方法を示すフローチャートである。

制御フローとして、まず、ダム１から取水して発電機５を運転させる処理が行われる（ステップＳ３０１）。初期においては、ダム１の貯水の濁度は十分小さく、通常の取水と発電機５の運転が行われているとする。

次に、検知器９によるダム１の貯水の濃度検知、検知器１１による上流河川７の濃度検知及び検知器１３による水路４を流れる取水の濃度検知が行われ（ステップＳ３０２）、計測結果が判定手段に送られる。前述のように、検知された濃度のデータが所定の時間間隔で送られるということで、適宜のタイミングで各濁度が算出される（ステップＳ３０３）。

ダム１の貯水の濁度に対する比較値としては、前述のＡ１が用いられる。まず、判定手段はダム１の貯水の濁度がＡ１より大きいか否かを比較し（ステップＳ３０４）、Ａ１以下であれば問題のないレベルであると判断し、警報を発生させる指令は行われない。この場合、現時点で警報を発生させているか否かを確認し（ステップＳ３０５）、警報を発生させていれば、警報解除指令を行う（ステップＳ３０６）。また、現時点で通常の取水をしているか否かを確認し（ステップＳ３０７）、通常の取水をしていなければ、通常取水指令を行う（ステップＳ３０８）。

一方、ダム１の貯水の濁度がＡ１より大きければ、現時点で警報を発生させているか否かを確認し（ステップＳ３０９）、警報を発生させていなければ、制御手段１４は警報を発生させる指令を行う（ステップＳ３１０）。そして、この警報は、前述のように発電設備の関係者に伝達され、濁水の発生に関する注意が喚起される。

次に、判定手段はダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｂより大きいか否か比較する（ステップＳ３１１）。前述のように、豪雨によりダム１の貯水の濁度が大きくなってしまった場合には、同一水系の河川においても濁度が大きくなっていることが多い。この場合には、発電設備からの濁水による河川への影響は小さいので、発電を継続することができる。本実施例では、ダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差がＢ以下であれば通常の取水と発電機５の運転を継続する。この際、現時点で通常の取水をしているか否かを確認し（ステップＳ３１２）、通常の取水をしていなければ、通常取水指令を行う（ステップＳ３１３）。

一方、ダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｂより大きければ、現時点で取水を停止しているか否かを確認し（ステップＳ３１４）、取水を停止していなければ、制御手段１４は取水を停止させる（ステップＳ３１５）。即ち、ゲート３が絞られ、ダム１の貯水からの取水が停止される。ダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｂより大きいということは、発電を継続すると下流河川８に影響を与えるレベルであることを示している。したがって、この場合、水路４に残っている取水の量に応じた発電が実施された後に発電機５は停止する。

さらに、判定手段は水路４を流れる取水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｃより大きいか否かを比較し（ステップＳ３１６）、該当すれば、制御手段１４は発電機５の運転を停止させる（ステップＳ３１７）。この差が設定値Ｃより大きいということは、水路４に残っている取水が発電後に放出されるだけでも下流河川８に影響を与えてしまうレベルであり、即座に発電機５の運転を停止させる必要があることを示している。なお、前述のように発電機５の運転が停止すると放水口６から濁水が放出されることはなくなり、本実施例ではこの状態はロックされ、一連の制御フローは終了に至る。

一方、水路４を流れる取水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｃ以下であれば、制御フローは濃度検知（ステップＳ３０２）に戻り、以降、同様に判定・制御が行われる。ここで、例えば、一時的に取水が停止されていても、その後にダム１の状態が回復し濁度が小さくなった場合、通常の取水が行われるようになる（ダム１の貯水の濁度と河川の濁度との差が設定値Ｂ以下になった場合）。また、さらにダム１の状態が回復し、ダム１の貯水の濁度がＡ１以下になった場合、通常の取水が行われることに加えて警報も解除されるようになる（ステップＳ３０６）。

以上のように、本実施例に係る水力発電制御方法によれば、ダム１の貯水の濁度に加えて、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を判定対象として、各処理を行うようにするので、下流河川８に影響を与えることがなく、且つ可能な限り発電を継続できる効率的な運転を実施することができる。また、水路４を流れる取水の濁度とダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を判定対象として含めているので、下流河川８に影響を与えるレベルであるか否かを正確に判定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

判定対象と処理の組合せとして、例えば、上記実施形態における実施例２、実施例３についても、ダム１の貯水の濁度を、警報指令を行う以外に、取水抑制や取水停止を行うための判定対象としてもよい。また、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を、取水抑制を行うための判定対象としてもよい。

また、実施例２、実施例３において、ダム１の貯水からの取水停止（上記の如く、取水抑制がある場合もある）や発電機１の停止の判定対象として、ダムの貯水の濁度と該ダムの貯水と同一水系の河川の濁度、及び、ダムから発電機までの水路を流される取水の濁度とダムの貯水と同一水系の河川の濁度の両方を使うようにしてもよい。

また、上記実施形態における何れの実施例でも、ダム１の貯水の濁度を、警報を指令するための判定対象としていたが、ダム１の貯水の濁度と該ダム１の貯水と同一水系の河川の濁度との差を、警報を指令するための判定対象としてもよい。

また、上記実施形態における何れの実施例でも、発電機５の運転が停止すると状態がロックされるようになっていたが、再度繰り返してダム１の濃度等の検知を行い、以降、同様の判定・制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、適宜のタイミングで濁度を算出していたが、特定の濃度以上となる頻度に基づき、濁度を算出するようにしてもよい。

１…ダム、２…取水口、３…ゲート、４…水路、５…発電機、６…放水口、７…上流河川、８…下流河川、９…検知器、１０…判定手段、１１〜１３…検知器、１４…制御手段

Claims (3)

1. ダムの貯水中の水中浮遊物質の濃度に基づいてダムの貯水の濁度を算出する算出手段と、該算出手段により算出されたダムの貯水の濁度に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御するか否かを判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御する制御手段とを備える水力発電システムであって、ダムの貯水の濁度が増加するのに伴い、ダムの貯水からの取水抑制を行い、濁度がさらに所定の設定値を超えた場合に、ダムの貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行うことを特徴とする水力発電制御方法。
2. ダムの貯水中の水中浮遊物質の濃度に基づいてダムの貯水の濁度を算出すると共に、ダムの貯水と同一水系の河川の水中浮遊物質の濃度に基づいて該河川の濁度を算出する算出手段と、該算出手段により算出されたダムの貯水の濁度及び該ダムの貯水と同一水系の河川の濁度に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御するか否かを判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に基づいてダムの貯水からの取水及び発電機の運転を制御する制御手段とを備える水力発電システムであって、ダムの貯水の濁度と該ダムの貯水と同一水系の河川の濁度との差が所定の設定値を超えた場合に、ダムの貯水からの取水停止及び／又は発電機の停止を行うことを特徴とする水力発電制御方法。
3. 前記判定対象とする濁度に、ダムから発電機までの水路を流される取水の濁度とダムの貯水と同一水系の河川の濁度との差を含めることを特徴とする請求項２に記載の水力発電制御方法。

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