JP2011117355A

JP2011117355A - 小水力発電システム

Info

Publication number: JP2011117355A
Application number: JP2009275081A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takayanagi; 義隆高柳; Ko Samura; 公左村; Hiroshi Fujioka; 祐藤岡
Original assignee: Kyowa Engineering Consultants Co Ltd
Current assignee: Kyowa Engineering Consultants Co Ltd
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】用水路を利用した小水力発電システムであって、用水路増水時対策を適時に実施できる小水力発電システムを提供する。
【解決手段】用水路に配設された発電機と、発電機を昇降駆動する第１昇降装置と、通信回線を介して昇降装置に接続された制御装置とを備え、制御装置は、用水路流域あるいは用水路水源地域の降雨量情報を入手し、所定時間内降雨量が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げ、所定時間内降雨量が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろす。
【選択図】図１

Description

本発明は、農業、工業、生活等に使用される用水を水源から使用地まで導く人工水路である用水路に設置される小水力発電装置の降雨対策を適時に行える小水力発電システムに関するものである。

農業用水路に設置された水平軸型水車と当該水車に連接された発電機とを備える小水力発電装置が特許文献１に開示されている。
農業基盤整備事業により日本全国に亙って農業用水路が張りめぐらされた今日、農業用水路の発電手段としての活用が期待される。例えば、特許文献１の小水力発電装置を農業用水路に分散配置すれば、地域電力需要の一部を自前の電力で賄うことができ、余った電力は売電できる。

特許第４１５７５９０号公報

特許文献１の小水力発電装置は、発電機を支持する枠体を上下揺動させる揚重機を備えているので、降雨により農業用水路が増水した時に、発電機の流失や損傷を防止すべく発電機を農業用水路から引き上げることができると考えられる。
しかし、特許文献１の小水力発電装置の揚重機は手動なので、農業用水路の増水に応じて発電機の引き上げを適時に行い、或いは、農業用水路に所定間隔で複数の小水力発電装置を設置した場合や、複数の農業用水路のそれぞれに小水力発電装置を設置した場合に、農業用水路増水時の発電機の引き上げを適時に行う、のは困難である。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、用水路を利用した小水力発電システムであって、用水路増水時対策を適時に実施できる小水力発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、用水路に配設された発電機と、発電機を昇降駆動する第１昇降装置と、通信回線を介して昇降装置に接続された制御装置とを備え、制御装置は、用水路流域あるいは用水路水源地域の降雨量情報を入手し、所定時間内降雨量が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げ、所定時間内降雨量が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすことを特徴とする小水力発電システムを提供する。
本発明に係る小水力発電システムにおいては、制御装置が、用水路流域あるいは用水路水源地域の降雨量情報を入手し、所定時間内降雨量が所定値以上であると、用水路の水位変動が適正値を超えて増加すると判断して、通信回線を介して昇降装置に指令信号を送信し、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げる。従って、用水路の水位変動が適正値を超えて増加する前に、発電機を用水路から引き上げて、発電機の流失や異物の衝突による損傷を防止することができる。また、昇降装置の作動は手動ではなく自動で行われるので、用水路に所定間隔で複数の小水力発電装置を設置した場合や、複数の用水路のそれぞれに小水力発電装置を設置した場合でも、降雨時の発電機の引き上げを適時に行うことができる。
用水路流域あるいは用水路水源地域の所定時間内降雨量が所定値未満になると、制御装置は、用水路の水位変動が適正値に復帰すると判断して、昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろす。従って、用水路の水位変動が適正値である時は、発電機が作動して発電が行われる。

本発明の好ましい態様においては、小水力発電システムは、発電機の直近上流に配設された除塵装置と、除塵装置を昇降駆動する第２昇降装置とを備え、制御装置は、前記所定時間内降雨量が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げると共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路から引き上げ、前記所定時間内降雨量が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすと共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路へ降ろす。
発電機の直近上流に除塵装置を配設することにより、発電時に異物が発電機に衝突して発電機が損傷する事態の発生が抑制される。除塵装置も、発電機に同期して昇降させるのが望ましい。

本発明においては、用水路に配設された発電機と、発電機を昇降駆動する第１昇降装置と、通信回線を介して昇降装置に接続された制御装置とを備え、制御装置は、用水路上流域あるいは用水路水源地域の水位情報を入手し、所定時間内水位変動が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げ、所定時間内水位変動が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすことを特徴とする小水力発電システムを提供する。
本発明に係る小水力発電システムにおいては、制御装置が、用水路上流域あるいは用水路水源地域の水位情報を入手し、所定時間内水位変動が所定値以上であると、用水路の水位変動が適正値を超えて増加すると判断して、通信回線を介して昇降装置に指令信号を送信し、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げる。従って、用水路の水位変動が適正値を超えて増加する前に、発電機を用水路から引き上げて、発電機の流失や異物の衝突による損傷を防止することができる。また、昇降装置の作動は手動ではなく自動で行われるので、用水路に所定間隔で複数の小水力発電装置を設置した場合や、複数の用水路のそれぞれに小水力発電装置を設置した場合でも、降雨時の発電機の引き上げを適時に行うことができる。
用水路上流域あるいは用水路水源地域の所定時間内水位変動が所定値未満になると、制御装置は、用水路の水位変動が適正値に復帰すると判断して、昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろす。従って、用水路の水位変動が適正値である時は、発電機が作動して発電が行われる。

本発明の好ましい態様においては、小水力発電システムは、発電機の直近上流に配設された除塵装置と、除塵装置を昇降駆動する第２昇降装置とを備え、制御装置は、前記所定時間内水位変動が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げると共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路から引き上げ、前記所定時間内水位変動が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすと共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路へ降ろす。
発電機の直近上流に除塵装置を配設することにより、発電時に異物が発電機に衝突して発電機が損傷する事態の発生が抑制される。除塵装置も、発電機に同期して昇降させるのが望ましい。

本発明の好ましい態様においては、第１昇降装置が第２昇降装置を兼ねる。
第１昇降装置が第２昇降装置を兼ねることにより、システムの部品点数が減少する。

本発明の好ましい態様においては、小水力発電システムは、用水路流域あるいは用水路の水源地域に配設された雨量計を備え、制御装置は、用水路流域あるいは用水路の水源地域の降雨量情報を前記雨量計から入手する。
本発明の好ましい態様においては、制御装置は、用水路流域あるいは用水路の水源地域の降雨量情報を、気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手する。
本発明の好ましい態様においては、小水力発電システムは、用水路上流域あるいは用水路の水源地域に配設された水位計を備え、制御装置は、用水路上流域あるいは用水路の水源地域の水位情報を前記水位計から入手する。
本発明の好ましい態様においては、制御装置は、用水路上流域あるいは用水路の水源地域の水位情報を、気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手する。
用水路流域あるいは用水路の水源地域の降雨量情報、用水路上流域あるいは用水路の水源地域の水位情報は、小水力発電システムが備える用水路流域あるいは用水路の水源地域に配設された雨量計、小水力発電システムが備える用水路上流域あるいは用水路の水源地域に配設された水位計から入手しても良く、或いは気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手しても良い。

本発明の好ましい態様においては、複数の用水路に配設された複数の発電機を、１台の制御装置が昇降制御する。
本発明の好ましい態様においては、複数の用水路に配設された複数の発電機と複数の除塵装置とを、１台の制御装置が昇降制御する。
複数の用水路に配設された複数の発電機を、あるいは複数の用水路に配設された複数の発電機と複数の除塵装置とを、１台の制御装置が昇降制御することにより、小水力発電システムの運用経費が低減する。

本発明の実施例に係る小水力発電システムのブロック図である。

本発明の実施例に係る小水力発電システムを説明する。
図１に示すように、小水力発電システムＡは、農業用水路１００に配設された発電機１と、発電機１を鉛直昇降駆動する昇降機２と、発電機１の直近上流に配設された除塵スクリーン３と、除塵スクリーン３を上下揺動駆動する巻上機４とから構成される第１発電ユニット５と、発電機６と、発電機６を鉛直昇降駆動する昇降機７と、発電機６の直近上流に配設された除塵スクリーン８と、除塵スクリーン８を上下揺動駆動する巻上機９とから構成され、農業用水路１００に且つ第１発電ユニット５の所定距離下流に配設された第２発電ユニット１０と、農業用水路１００とは異なる地域の農業用水路２００に配設された発電機１１と、発電機１１を鉛直昇降駆動する昇降機１２と、発電機１１の直近上流に配設された除塵スクリーン１３と、除塵スクリーン１３を上下揺動駆動する巻上機１４とから構成される第３発電ユニット１５とを備えている。
発電機１、６、１１は、発電機構と水車とがチューブ内に配設されたチューブラ型発電ポンプとして構成されており、発電出力は数十乃至数千ｋＷである。
小水力発電システムＡは、農業用水路１００の流域あるいは農業用水路１００の水源地域に配設された雨量計１６と、農業用水路２００の流域あるいは農業用水路２００の水源地域に配設された雨量計１７と、システム制御装置１８とを備えている。
昇降機２、７、１２、巻上機４、９、１４、雨量計１６、１７、システム制御装置１８は、インターネット３００を介して相互に接続されている。

小水力発電システムＡの作動を説明する。
第１発電ユニット５、第２発電ユニット１０は、農業用水路１００の年間平均水位の下で発電に最適な水深位置に位置決めされ、第３発電ユニット１５は、農業用水路２００の年間平均水位の下で発電に最適な水深位置に位置決めされて、発電を行っている。
システム制御装置１８は、所定時間毎に、農業用水路１００の流域あるいは農業用水路１００の水源地域の降雨量情報を、インターネット３００を介して雨量計１６から入手し、内蔵する水位変動予測プログラムを用い、前記所定時間内の雨量に基づいて、第１発電ユニット５、第２発電ユニット１０の配設位置での農業用水路１００の水位変動を予測する。
水位変動予測プログラムとして、農業用水路１００の流域あるいは農業用水路１００の水源地域の所定時間内降雨量と第１発電ユニット５、第２発電ユニット１０の配設位置での農業用水路１００の水位変動との間の実測された相関に基づく水位変動予測プログラム、流体力学的モデルを用いて解析的に計算された前記両者の相関に基づく水位変動予測プログラム等が挙げられる。
前記所定時間内降雨量が所定値以上であり、ひいては水位変動予測プログラムを用いて予測した水位変動が所定値以上であると、システム制御装置１８は、水位変動に伴う流速変動によって、異物の衝突による発電機１、６、除塵スクリーン３、８の損傷の可能性や、発電機１、６、除塵スクリーン３、８の流失の可能性が増加すると判断し、インターネット３００を介して昇降機２、７に指令信号を送信し、昇降機２、７を作動させて発電機１、６を農業用水路１００から引き上げ、次いで、インターネット３００を介して巻上機４、９に指令信号を送信し、巻上機４、９を作動させて除塵スクリーン３、８を農業用水路１００から引き上げる。

同様に、システム制御装置１８は、所定時間毎に、農業用水路２００の流域あるいは農業用水路２００の水源地域の降雨量情報をインターネット３００を介して雨量計１７から入手し、内蔵する水位変動予測プログラムを用い、前記所定時間内の雨量に基づいて、第３発電ユニット１５の配設位置での農業用水路２００の水位変動を予測する。
前記所定時間内降雨量が所定値以上であると、システム制御装置１８は、水位変動に伴う流速変動によって、異物の衝突による発電機１１、除塵スクリーン１３の損傷の可能性や、発電機１１、除塵スクリーン１３の流失の可能性が増加すると判断し、インターネット３００を介して昇降機１２に指令信号を送信し、昇降機１２を作動させて発電機１１を農業用水路２００から引き上げ、次いで、インターネット３００を介して巻上機１４に指令信号を送信し、巻上機１４を作動させて除塵スクリーン１３を農業用水路２００から引き上げる。

上記制御により、農業用水路１００の水位変動が適正値を超えて増加する前に、発電機１、６、除塵スクリーン３、８を農業用水路１００から引き上げて、発電機１、６や除塵スクリーン３、８の流失や異物の衝突による損傷を防止することができ、農業用水路２００の水位変動が適正値を超えて増加する前に、発電機１１、除塵スクリーン１３を農業用水路２００から引き上げて、発電機１１や除塵スクリーン１３の流失や異物の衝突による損傷を防止することができる。
昇降機２、７、１２、巻上機４、９、１４の作動は手動ではなく自動で行われるので、農業用水路１００に所定間隔で複数の発電ユニット５、１０を設置した場合でも、あるいは農業用水路１００に発電ユニット５、１０を設置し、農業用水路１００とは別個独立の農業用水路２００に発電ユニット１５を設置した場合でも、降雨時の発電機１、６、１１や除塵スクリーン３、８、１３の引き上げを適時に行うことができる。

雨量計１６、１７からの降雨量情報から得られた農業用水路流域あるいは農業用水路水源地域の所定時間内降雨量が所定値未満になると、制御装置１８は、農業用水路１００、２００の水位変動は適正値に復帰すると判断して、巻上機４、９を作動させて除塵スクリーン３、８を農業用水路１００へ降ろし、次いで、昇降機２、７、を作動させて発電機１、６農業用水路１００に降ろし、また巻上機１４を作動させて除塵スクリーン１３を農業用水路２００へ降ろし、次いで、昇降機１２を作動させて発電機１１農業用水路２００に降ろす。従って、農業用水路１００、２００の水位変動が適正値である時は、発電ユニット５、１０、１５が作動して発電が行われる。

発電機１、６、１１の直近上流に除塵スクリーン３、８、１３を配設することにより、発電時に発電機１、６、１１に異物が衝突して発電機１、６、１１が損傷する事態の発生が抑制される。
除塵スクリーン３、８、１３は、発電機1、６、１１と同期して昇降駆動されるので、農業用水路１００、２００の増水時に除塵スクリーン３、８、１３が流失し、あるいは損傷するおそれは無い。

複数の農業用水路１００、２００に配設された複数の発電機１、６、１１、複数の除塵スクリーン３、８、１３を１台の制御装置１８が昇降制御することにより、小水力発電システムＡの運用経費が低減する。

農業用水路流域あるいは農業用水路水源地域の降雨量情報を、気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手しても良い。
制御装置１８が、農業用水路上流域あるいは農業用水路水源地域の水位情報を入手し、所定時間内水位変動に基づいて、発電ユニットが配設された位置での農業用水路の水位変動を予測し、当該予測に基づいて発電機や除塵スクリーンの昇降制御を行っても良い。
水位情報は、小水力発電システムが備える水位計から入手しても良く、あるいは気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手しても良い。
昇降機２、７、１２が巻上機４、９、１４を兼ねても良い。小水力発電システムＡの部品点数が減少する。
発電機１、６、１１を上下揺動駆動しても良い。除塵スクリーン３、８、１３を鉛直昇降駆動しても良い。
上記実施例では、農業用水路に発電ユニット５、１０、１５を設置したが、工業用水路、生活用水路等、農業用以外の用途の用水路に発電ユニット５、１０、１５を設置しても良い。
用水路に設置する発電ユニットの数や、発電ユニットを設置する用水路の数には制限は無い。
発電機のタイプは実施例のものに限定されない。小水力発電に適したものであれば如何なるタイプのものでも良い。

本発明は、小水力発電に広く利用可能である。

Ａ小水力発電システム
１、６、１１発電機
２、７、１２昇降機
３、８、１３除塵スクリーン
４、９、１４巻上機
５、１０、１５発電ユニット
１６、１７雨量計
１８システム制御装置
１００、２００農業用水路
３００インターネット

Claims

用水路に配設された発電機と、発電機を昇降駆動する第１昇降装置と、通信回線を介して昇降装置に接続された制御装置とを備え、制御装置は、用水路流域あるいは用水路水源地域の降雨量情報を入手し、所定時間内降雨量が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げ、所定時間内降雨量が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすことを特徴とする小水力発電システム。
発電機の直近上流に配設された除塵装置と、除塵装置を昇降駆動する第２昇降装置とを備え、制御装置は、前記所定時間内降雨量が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げると共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路から引き上げ、前記所定時間内降雨量が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすと共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路へ降ろすことを特徴とする請求項１に記載の小水力発電システム。
用水路に配設された発電機と、発電機を昇降駆動する第１昇降装置と、通信回線を介して昇降装置に接続された制御装置とを備え、制御装置は、用水路上流域あるいは用水路水源地域の水位情報を入手し、所定時間内水位変動が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げ、所定時間内水位変動が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすことを特徴とする小水力発電システム。
発電機の直近上流に配設された除塵装置と、除塵装置を昇降駆動する第２昇降装置とを備え、制御装置は、前記所定時間内水位変動が所定値以上の場合には、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路から引き上げると共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路から引き上げ、前記所定時間内水位変動が所定値未満になると、第１昇降装置を作動させて発電機を用水路へ降ろすと共に第２昇降装置を作動させて除塵装置を用水路へ降ろすことを特徴とする請求項３に記載の小水力発電システム。
第１昇降装置が第２昇降装置を兼ねることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の小水力発電システム。
用水路流域あるいは用水路水源地域に配設された雨量計を備え、制御装置は、降雨量情報を前記雨量計から入手することを特徴とする請求項１又は２に記載の小水力発電システム。
制御装置は、用水路流域あるいは用水路水源地域の降雨量情報を、気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手することを特徴とする請求項１又は２に記載の小水力発電システム。
用水路上流域あるいは用水路水源地域に配設された水位計を備え、制御装置は、水位情報を前記水位計から入手することを特徴とする請求項３又は４に記載の小水力発電システム。
制御装置は、用水路上流域あるいは用水路水源地域の水位情報を、気象情報提供業者あるいは公的機関のデータベースから入手することを特徴とする請求項３又は４に記載の小水力発電システム。
複数の用水路に配設された複数の発電機を、１台の制御装置が昇降制御することを特徴とする請求項１又は３に記載の小水力発電システム。
複数の用水路に配設された複数の発電機と複数の除塵装置とを、１台の制御装置が昇降制御することを特徴とする請求項２又は４に記載の小水力発電システム。