JP2016035243A - Hydraulic generating equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小水力を利用して発電する水力発電装置に関する。 The present invention relates to a hydroelectric power generation apparatus that generates power using small hydropower.
現在、発電方法として、原子力発電、火力発電、地熱発電、風力発電、太陽熱発電、水力発電などが知られている。そして、水力発電は、水が落下する際のエネルギーを利用している。 At present, nuclear power generation, thermal power generation, geothermal power generation, wind power generation, solar thermal power generation, hydroelectric power generation, and the like are known as power generation methods. And hydroelectric power generation uses the energy when water falls.
このような水力発電では、まず、水流を堰き止めてダムを築き、人工湖を造って水位を上昇させる。そして、重力によって水が高い所から低い所に落ちる際に生じるエネルギーを利用して、発電装置を駆動させることで発電する。 In such hydroelectric power generation, the water level is first dammed to build a dam, and an artificial lake is built to raise the water level. Then, power is generated by driving the power generation device using the energy generated when water falls from a high place to a low place due to gravity.
しかし、水位を上昇させるためのダムは、河川が流れる山間部にコンクリートを打設して、河川を堰き止めることで築かれているため、容易に設置および撤去することができなかった。そこで、容易に設置および撤去することができる小規模な水力発電装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 However, the dam for raising the water level was constructed by placing concrete in the mountainous area where the river flows and damming the river, so it could not be easily installed and removed. Thus, a small-scale hydroelectric generator that can be easily installed and removed has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の水力発電装置は、水路に設置される堰板と、堰板に形成された取水口と、その一端が取水口に連結され、上流側の水を下流側に導くための流路と、流路に設置された水車と、水車に連結された発電機とを有する。特許文献1に記載の水力発電装置では、水路に堰板を設置することにより落差を生じさせる。次いで、堰板に形成された取水口から流路を介して水が下流側に流れる。このとき、流路を流れる水が水車を回転させることで、発電機が駆動して発電する。
The hydroelectric power generation device described in
前述のとおり、特許文献1に記載の水力発電装置では、発電するために堰板で十分な落差を生じさせる必要がある。このため、堰板により水位を上昇させたとしても、発電するために十分な落差が得られない場所においては、特許文献1に記載の水力発電装置は、適切に発電をすることができない。
As described above, in the hydroelectric power generation device described in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小水力を利用して発電する水力発電装置であって、設置および撤去を容易に行うことができると共に、発電のために十分な落差を得られない場所であっても適切に発電することができる水力発電装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, Comprising: It is a hydroelectric power generator which generates electric power using small hydraulic power, Comprising: While installing and removing can be performed easily, sufficient head for power generation is made. An object of the present invention is to provide a hydroelectric power generation apparatus that can appropriately generate power even in a place where it cannot be obtained.
本発明者らは、発電のために不十分な低落差しか得られない場所であっても、当該低落差から落下した水の水力を利用して、水の一部を発電するために十分な高落差まで揚水することで、適切に発電できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。 The inventors of the present invention are sufficient to generate a part of water by using the hydraulic power of water dropped from the low head even in a place where an insufficient low head for power generation cannot be obtained. The present inventors have found that it is possible to generate power appropriately by pumping up to a high head, and have further studied to complete the present invention.
すなわち、本発明は、以下の水力発電装置に関する。 That is, the present invention relates to the following hydroelectric generators.
[1]1つまたは2つ以上の水車駆動ポンプを有し、第1の高さから第1の落差で落下した水の水力を利用して、前記水の一部を前記第1の高さより高い第2の高さに揚水する揚水装置と、揚水された前記水が前記第2の高さから前記第1の落差より大きい第2の落差で落下したときの前記水の水力を利用して発電する発電装置と、を有する、水力発電装置。
[2]前記揚水装置は、複数の前記水車駆動ポンプを有する、[1]に記載の水力発電装置。
[3]前記揚水装置は、前記第1の高さから前記第1の落差で落下した水の水力を利用して、前記水の一部を前記第1の高さより高い第3の高さに揚水する第1水車駆動ポンプと、前記第3の高さに揚水された前記水が前記第3の高さから前記第1の落差より大きい第3の落差で落下した水の水力を利用して、前記第3の落差で落下した前記水の一部を前記第3の高さより高い前記第2の高さに揚水する第2水車駆動ポンプと、を有する、[2]に記載の水力発電装置。
[4]前記揚水装置は、1つの前記水車駆動ポンプを有する、[1]に記載の水力発電装置。
[5]前記第1の落差は、前記発電装置が発電するために最低限必要な落差より小さい、[1]〜[4]のいずれか一つに記載の水力発電装置。
[6]前記第1の落差は、2m以上かつ6m未満であり、前記第3の落差は、6m以上かつ80m未満であり、前記第2の落差は、80m以上かつ200m以下である、[3]に記載の水力発電装置。
[7]前記第1の落差は、2m以上かつ6m未満であり、前記第2の落差は、6m以上かつ80m以下である、[4]に記載の水力発電装置。
[1] Having one or two or more water turbine drive pumps, and utilizing the hydraulic power of water dropped from the first height at the first head, a part of the water is more than the first height. Using a pumping device that pumps water to a high second height, and the hydropower of the water when the pumped water falls from the second height with a second head that is greater than the first head A hydroelectric generator having a power generator for generating power.
[2] The hydroelectric generator according to [1], wherein the pumping device includes a plurality of the water turbine drive pumps.
[3] The pumping device uses a hydraulic force of water that has fallen from the first height at the first head to make a part of the water a third height higher than the first height. Utilizing the hydraulic power of the first water turbine driving pump that pumps water and the water that has been pumped to the third height dropped from the third height with a third head that is larger than the first head And a second hydraulic turbine drive pump for pumping a part of the water dropped by the third head to the second height higher than the third height. .
[4] The hydroelectric generator according to [1], wherein the pumping device has one of the water turbine drive pumps.
[5] The hydroelectric generator according to any one of [1] to [4], wherein the first drop is smaller than a minimum required for the power generator to generate electric power.
[6] The first head is 2 m or more and less than 6 m, the third head is 6 m or more and less than 80 m, and the second head is 80 m or more and 200 m or less. ] The hydroelectric generator as described in any one of.
[7] The hydroelectric generator according to [4], wherein the first head is 2 m or more and less than 6 m, and the second head is 6 m or more and 80 m or less.
本発明に係る水力発電装置は、設置および撤去を容易に行うことができると共に、発電のために十分な落差を得られない場所であっても適切に発電することができる。したがって、本発明に係る水力発電装置は、必要とされる場所において必要な時期のみ配設されて、発電を行うことができる。 The hydroelectric power generator according to the present invention can be easily installed and removed, and can appropriately generate power even in a place where a sufficient head cannot be obtained for power generation. Therefore, the hydroelectric power generation device according to the present invention can perform power generation by being arranged only at a required time in a required place.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る水力発電装置について説明する。 Hereinafter, a hydraulic power generation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る水力発電装置は、1000kW以下の小水力発電を行う。たとえば、本発明に係る水力発電装置は、大規模停電が起きて、電気が復旧しない地域などで、簡易的な発電所として機能し、周囲の住居に電気を供給することができる。以下の実施の形態では、河川に設置する場合について説明するが、本発明に係る水力発電装置は、水が流れている流路に対しても応用することができる。流路の例には、一般河川や、砂防ダム、農業用水、上水道、下水道、工場循環水、工業用水などが含まれる。 The hydroelectric generator according to the present invention performs small hydroelectric generation of 1000 kW or less. For example, the hydroelectric power generation device according to the present invention can function as a simple power plant in a region where electricity is not restored due to a large-scale blackout, and can supply electricity to surrounding dwellings. In the following embodiments, a case where the apparatus is installed in a river will be described. However, the hydroelectric power generation apparatus according to the present invention can be applied to a flow path through which water flows. Examples of the flow path include general rivers, sabo dams, agricultural water, water supply, sewerage, factory circulation water, and industrial water.
[実施の形態1]
実施の形態1では、揚水装置が1つの水車駆動ポンプを有する水力発電装置について説明する。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, a hydraulic power generation apparatus in which the pumping apparatus has one turbine drive pump will be described.
(水力発電装置の構成)
図1は、実施の形態1に係る水力発電装置100の断面図である。図1に示されるように、本実施の形態に係る水力発電装置100は、河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体110と、堰体110より河川の上流側の水を堰体110より河川の下流側に送る送水路120と、堰体110より河川の下流側に設けられた揚水装置130と、送水路120からの水を揚水装置130に導く第1導水路140と、揚水装置130より河川の下流側に設けられた発電装置150と、揚水装置130から揚水される水を発電装置150に導く第2導水路160とを有している。本実施の形態では、揚水装置130は、1つの水車駆動ポンプ131を有する。
(Configuration of hydroelectric generator)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
この水力発電装置100は、堰体110により河川を堰き止めて、水位を第1の高さh1まで上昇させる。次いで、第1の高さh1から第1の落差で落下した水の水力のみを利用して、揚水装置130により当該水の一部を第2の高さh2に揚水させる。次いで、第2の高さh2にある水を第2の落差で落下させることにより、発電装置150で発電を行う。第2の高さh2は、第1の高さh1より高く、第2の落差は、第1の落差より大きい。ここで、「第1の高さh1から第1の落差で落下させる」とは、図1に示されるように、落下前の水の水位(A)と、落下後の水車駆動ポンプ131に流入するときの水の水位(B)との水位差により水を移動させることを意味する。また、「第2の高さh2から第2の落差で落下させる」とは、落下前の揚水された水の水位(C)と、落下後の発電装置150に流入するときの水の水位(D)との水位差により水を移動させることを意味する。さらに、第1の落差とは、第1の高さh1から落下した水の水力を利用して揚水する際に、水車駆動ポンプ131による揚水に実質的に寄与しうる、A−B間の総落差から損失落差を差し引いた有効落差を意味する。また、第2の落差とは、第2の高さh2から落下した水の水力を利用して発電する際に、発電装置150による発電に実質的に寄与しうる、C−D間の総落差から損失落差を差し引いた有効落差を意味する。損失落差の例には、河川の勾配や導水管の摩擦などによる損失が含まれる。
This hydroelectric
堰体110は、河川を堰き止めて、水位を第1の高さh1に上昇させる。堰体110は、袋状に形成されており、内部に空気を入れる空気穴が形成されている。堰体110の上流側の面には、送水路120の上流端口121(取水口)が形成されている。また、堰体110の下流側の面には、送水路120の下流端口122が形成されている。第1の高さh1は、後述する水車駆動ポンプ131が第1の高さh1から第1の落差で落下した水を第2の高さh2に揚水するために最低限必要な高さより高ければ特に限定されない。第1の落差は、発電装置150が発電するために最低限必要な落差より小さくてもよいし、大きくてもよい。たとえば、第1の落差は、2m以上かつ6m未満である。
The
堰体110は、空気穴を介して内部に空気を入れることによって膨張して堰として機能する。逆に、堰体110は、空気穴を介して内部から空気を抜き出すことによって収縮する。空気穴が形成される位置は、特に限定されないが、堰体110の幅方向の端部に形成されていることが好ましい。これにより、堰体110は、その内部に川岸から簡単に空気を送り込まれることができる。
The
空気穴の数は、特に限定されず、幅方向の一方の端部に1つ形成されていてもよいし、幅方向の両端部に1つずつ形成されていてもよい。また、幅方向の両端部に複数個ずつ形成されていてもよい。空気穴が数多く形成されていれば、堰体110を設置および撤去する時間が短縮されうる。
The number of air holes is not particularly limited, and one air hole may be formed at one end in the width direction or one at each end in the width direction. Moreover, you may form in multiple numbers at the both ends of the width direction. If many air holes are formed, the time for installing and removing the
堰体110へ空気を入れる方法は、特に限定されない。堰体110へ空気を入れる方法の例には、ブロアーにより空気を入れる方法や、ポンプにより空気を入れる方法などが含まれる。これにより、堰体110は、単純な装置で膨張され、簡単に河川に設置されうる。
A method for introducing air into the
堰体110に入れる空気の量は、特に限定されない。大量に堰体110内に空気を入れれば、第1の高さh1(水位)を上昇させることができ、結果的に、発電量を増大させることができる。逆に、空気の量を少なくすれば、第1の高さh1(水位)が低くなるため、発電量が低減する。すなわち、堰体110の内部の空気量を調整することによって、発電量が調整されうる。
The amount of air that enters the
堰体110から空気を抜く方法は、特に限定されず、空気穴を開放する方法や、吸引ポンプにより吸引する方法が含まれる。また、空気穴の開放および吸引ポンプによる吸引を併用してもよい。空気穴を開放すると、河川の水が堰体110を押し潰すように流れるため、堰体110から空気を効率よく抜くことができる。また、吸引ポンプによる吸引を併用することで、堰体110の内部から完全に空気を抜くことができる。撤去する際も、チェーンブロックなどで吊り上げるようにすれば、簡単に河川から撤去することができる。
The method of extracting air from the
膨張した堰体110の形状は、特に限定されず、設置される河川の形状に合わせて適宜設計されうる。たとえば、河川の幅方向の断面形状が台形状であった場合、膨張した堰体110の形状を台形柱状となるように形成すればよい。または、河川の幅方向の断面形状が半円状であった場合、膨張した堰体110の形状を半円柱状となるように形成すればよい。
The shape of the expanded
堰体110の水の流れ方向の長さは、河川を堰き止めることができれば特に限定されない。当該長さは、河川の水の流量や流速に応じて、適宜設定されうる。
The length of the
堰体110の断面積は、河川の断面積より大きく形成されていることが好ましい。堰体110の断面積が河川の断面積より大きく形成されていれば、堰体110が河川の形状より大きくなる。したがって、堰体110の内部に空気を入れると、堰体110は河川の底面および側面を押し付けるように膨張する。これにより、堰体110を杭などで固定することなく、河川を堰き止めることができる。
It is preferable that the cross-sectional area of the
また、堰体110の内部の底面には、水の流れ方向に並んで重り(図示省略)が入っていてもよい。重りがあることで、堰体110の設置時に、堰体110が水面に水没するため、適切に堰体110を膨張させ、河川を堰き止めることができる。また、撤去の際に堰体110が河川の水によって流されることがない。一方、重りがない場合、設置する際に堰体110が河川に浮いてしまい、適切に設置できないおそれがある。
Further, a weight (not shown) may be placed on the bottom surface inside the
堰体110の素材は、特に限定されないが、耐久性および耐衝撃性の観点から、ゴム引布で構成されていることが好ましい。ゴム引布は、ゴムおよび基布を有している。ゴムの種類は、特に限定されず、クロロプレン系ゴム、EPDMエラストマー、ポリウレタンなどが含まれる。また、基布の種類は、特に限定されず、綿織布、ナイロン平織布、ポリエステル平織布などが含まれる。さらにゴム引布の厚みおよびプライ数は、特に限定されず、厚みは2〜15mm程度であればよく、プライ数は1〜3程度であればよい。
The material of the
送水路120は、堰体110より河川の上流側の水を河川の下流側に送る。送水路120は、上流端口121が堰体110の上流側の面に形成されており、下流端口122が堰体110の下流側の面に形成されている。すなわち、送水路120は、水の流れ方向に堰体110を貫通して形成されている。送水路120の下流端口122は、第1導水路140の第1上流口141と、第1接続ジョイント123を介して接続されている。
The
堰体110における送水路120の上流端口121および下流端口122の位置は、特に限定されない。たとえば、上流端口121および下流端口122の中心位置は、堰体110の高さを「1」とした場合に、下端部から3/4程度の位置でればよい。これにより、例えば、洪水などで河川に材木などが流れてきた場合であっても、下流側にある揚水装置130(水車駆動ポンプ131)および発電装置150には、水しか流れ込まないため、揚水装置130および発電装置150が故障することがない。
The positions of the
送水路120の径は、揚水装置130(水車駆動ポンプ131)を駆動することができれば特に限定されない。送水路120の径は、上流端口121から下流端口122まで同一の太さでもよいし、上流端口121の径が下流端口122の径より小さくてもよいし、下流端口122の径が上流端口121の径より小さくてもよい。揚水装置130(水車駆動ポンプ131)による揚水高さおよび揚水量を増大させる観点からは、送水路120の径は、揚水装置130への水量が最大量となる径であることが好ましい。送水路120の径は、河川の水量や流速によって、適宜設計されうる。なお、送水路120の上流端口121には、ゴミが送水路120内に入り込むのを防ぐためにゴミよけ網などが取付けられていてもよい。
The diameter of the
揚水装置130は、第1の高さh1から第1の落差で落下した水の水力を利用して、当該水の一部を第2の高さh2に揚水する。本実施の形態では、揚水装置130は、1つの水車駆動ポンプ131を有する。揚水装置130は、堰体110より河川の下流側に設けられ、かつ送水路120よりも低い位置に配設されている。第1の高さh1から落下した水が水車駆動ポンプ131の水車を回し、水車駆動ポンプ131が駆動される。また、第2の高さh2は、第1の高さh1よりも高く、かつ発電装置150の水の水力を利用した発電に最低限必要な高さよりも高い。第2の落差は、例えば、6m以上かつ80m以下である。
The
水車駆動ポンプ131の種類は、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。水車駆動ポンプ131は、水車と、水車に接続されたポンプとを有している。水車に接続されるポンプの例には、遠心ポンプ、多段ポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプなどが含まれる。水車駆動ポンプ131の第1排水口132は、外部と連通している。揚水されなかった水は、第1排水口132から河川に排水される。
The type of the water
第1導水路140は、送水路120からの水を揚水装置130(水車駆動ポンプ131)に導く。より具体的には、第1導水路140は、送水路120からの水を水車駆動ポンプ131の水車に導く。第1導水路140は、送水路120の下流端口122と、水車駆動ポンプ131の第1流入口133とを繋いでいる。第1導水路140の第1上流口141は、送水路120の下流端口122と、第1接続ジョイント123を介して接続されている。また、前述のとおり、第1導水路140の第1下流口142は、水車駆動ポンプ131の第1流入口133と、第2接続ジョイント135を介して接続されている。これにより、水力発電装置100を簡単に組み立てることができると共に、水車駆動ポンプ131に送られる水のロスをなくすことができる。
The
第1導水路140の第1上流口141および第1下流口142は、同一形状に形成されている。すなわち、送水路120の下流端口122および水車駆動ポンプ131の第1流入口133は、同一形状に形成されている。これにより、水力発電装置100を組み立てる際に、第1導水路140の接続方向を間違えることがない。
The first
第1導水路140の素材は特に限定されないが、耐久性および耐衝撃性の観点から、ゴム引布で構成されていることが好ましい。前述のとおり、ゴム引布は、ゴムと基布を有している。ゴムの素材は、特に限定されず、クロロプレン系ゴム、EPDMエラストマー、ポリウレタンなどが含まれる。また、基布の素材は、特に限定されず、綿織布、ナイロン平織布、ポリエステル平織布などが含まれる。さらにゴム引布の厚みおよびプライ数は、特に限定されず、厚みは2〜15mm程度であればよく、プライ数は1〜3程度であればよい。
Although the material of the
なお、送水路120の下流端口122および第1導水路140の第1上流口141が接着されていてもよい。すなわち、堰体110および導水路140が一体に形成されていてもよい。これにより、さらに水力発電装置100を簡単に組み立てることができると共に、水力発電装置100の構成要素を減らすことができる。
The
発電装置150は、揚水装置130(水車駆動ポンプ131)により揚水された水が第2の高さh2から第2の落差で落下したときの当該水の水力を利用して発電する。これにより、発電装置150は、水力を電力に変換する。発電装置150は、揚水装置130より河川の下流側に設けられている。発電装置150の種類は、水力により発電することができれば、特に限定されない。発電装置150は、タービンと、タービンに接続された発電機とを有している発電装置が含まれる。このような発電装置150の種類の例には、フランシス型、プロペラ型、チューブラ型、ペルトン型、ターゴ型、クロスフロー型、開放ホイール型などが含まれる。発電装置150の種類は、流量および第2の落差に応じて適宜選択されうる。なお、発電装置150は、漏電防止の観点から、支持台151により支持されている。
The
発電装置150の第2流入口152は、第2導水路160の第2下流口162と、第3接続ジョイント154を介して接続されている。前述したような発電装置150の場合、第2導水路160の第2下流口162は、タービンに接続されている。発電装置150の第2排水口153は、外部と連通している。発電に使用された水は、第2排水口153から河川に排水される。このとき、水車駆動ポンプ131により揚水される水量と、発電装置150の第2排水口153から排出される水量とを同程度にすることにより、河川の水位が一定に保たれうる。
The
第2導水路160は、揚水装置130(水車駆動ポンプ131)により第2の高さh2に揚水される水を発電装置150に導く。第2導水路160は、水車駆動ポンプ131の揚水口134と発電装置150の第2流入口152をつないでいる。第2導水路160の第2上流口161は、水車駆動ポンプ131の揚水口134と、第4接続ジョイント136を介して接続されている。また、前述のとおり、第2導水路160の第2下流口162は、発電装置150の第2流入口152と、第3接続ジョイント154を介して接続されている。
The
第2導水路160の構成は、揚水装置130(水車駆動ポンプ131)により第2の高さh2に揚水される水を発電装置150に導くことができれば(発電装置150に導く水の水位を第2の高さh2にすることができれば)特に限定されない。本実施の形態では、第2導水路160は、水車駆動ポンプ131で揚水される水を第2の高さh2に導く揚水管163と、第2の高さh2まで導かれ、落下させる水を一時的に貯留するための水塔164と、水塔164内の水を発電装置150に導くための導水管165とを有する。
If the water pumped up to the second height h2 by the pumping device 130 (the water turbine drive pump 131) can be guided to the power generation device 150 (the level of the water guided to the
揚水管163は、水車駆動ポンプ131で揚水される水を第2の高さh2に導く。揚水管163の高さを変更することにより第2の高さh2を調整し、発電量を調整することができる。揚水管163の下方側開口部163a(第2導水路160の第2上流口161)は、水車駆動ポンプ131の揚水口134と、第4接続ジョイント136を介して接続されている。また、揚水管163の上方側開口部163bは、水塔164の第3流入口164aと、第5接続ジョイント166を介して接続されている。
The
揚水管163の径は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。揚水管163の径は、河川の水量や流速に応じて、適宜設計されうる。また、揚水管163の素材は、特に限定されない。たとえば、揚水管163は、第1導水路140と同様の素材により構成される。
The diameter of the
水塔164は、揚水管163を介して揚水された水を一時的に貯留する。貯留された水の水位は、第2の高さh2に相当する。本実施の形態では、水塔164は、その高さ方向において異なる位置に2つの開口部を有する。2つの開口部は、第3流入口164aおよび第3排水口164bからなる。第3流入口164aは、第3排水口164bよりも上流側かつ上方側に配置されている。第3流入口164aは、揚水管163の上方側開口部163bと、第5接続ジョイント166を介して接続されている。また、第3排水口164bは、導水管165の第4流入口165aと、第6接続ジョイント167を介して接続されている。これにより、第2導水路160を簡単に組み立てることができると共に、第2導水路160を通る水のロスをなくすことができる。また、水塔164上部は、外部に開口している。
The
また、水塔164は、高さ方向において異なる位置にさらに複数の開閉可能な開口部(図示省略)を有していてもよい。河川の流量の変化などに応じて、揚水管163を異なる高さの開口部につなぎ替えることにより、第2の高さh2を調整し、発電量が簡単に調整されうる。
Moreover, the
水塔164の形状および高さは、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。本実施の形態では、水塔164の形状は、円筒形状である。水塔164の高さは、第2の高さh2に応じて適宜設定されうる。
The shape and height of the
水塔164の径は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。水塔164の径は、揚水される水の水量や流速に応じて、適宜設計されうる。また、水塔164の素材も、特に限定されない。水塔164の素材の例には、ステンレス鋼などが含まれる。
The diameter of the
導水管165は、水塔164内の水を発電装置150に導く。導水管165の第4流入口165aは、水塔164の第3排水口164bと、第6接続ジョイント167を介して接続されている。また、導水管165の第4排水口165b(第2導水路160の第2下流口162)は、発電装置150の第2流入口152と、第3接続ジョイント154を介して接続されている。これにより、水力発電装置100を簡単に組み立てることができると共に、発電装置150に送られる水のロスをなくすことができる。
The
導水管165の径は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。導水管165の径は、揚水された水の水量や流量によって、適宜設計されうる。また、導水管165の素材も、特に限定されない。たとえば、導水管165は、第1導水路140と同様の素材により構成される。
The diameter of the
なお、第2導水路160は、水車駆動ポンプ131により過剰に揚水された水を放流するための放水管を別途有していてもよい。これにより、発電装置150に流入する水量が調節され、発電量が調整されうる。
In addition, the
以上のように、本実施の形態に係る水力発電装置100は、シンプルな構成を採る。したがって、水力発電装置100の設置、撤去およびメンテナンスは容易である。
As described above, the
(水力発電装置の水力発電特性)
次に、本実施の形態で使用する水力発電装置100の水力発電特性について説明する。まず、本実施の形態で使用する発電装置150について説明する。本実施の形態では、発電装置150として、水中タービンおよび発電機を有する発電装置を使用する。図2は、発電装置150の水力−電力変換特性の一例を示すグラフである。図2において、横軸は、水の流量(m3/s)を示し、縦軸は、水の有効落差(m)を示している。実線は、水中タービンおよび発電機を有する発電装置150による発電に適用可能な、流量の範囲および有効落差の範囲を示している。また、破線は、水流および有効落差と、発電装置150による発電量との関係を示している。
(Hydraulic power generation characteristics of hydroelectric generators)
Next, the hydroelectric generation characteristics of the
図2から、この発電装置150は、流量が0.40〜10.00(m3/s)の範囲内にあり、かつ有効落差が2.8〜20.0(m)の範囲内(実線で囲まれた範囲内)にある場合おいて、10〜500(kW)の電力を発電できることがわかる。
From FIG. 2, the
その一方で、発電装置150は、水の流量が発電のために十分であったとしても(0.40〜10.00(m3/s))、有効落差が不十分なとき(2.8mより小さいとき)は発電することができないこともわかる(例えば、図2のA点参照)。そこで、本実施の形態に係る水力発電装置100では、揚水装置130の水車駆動ポンプ131が、河川の水の一部を第1の高さh1から第2の高さh2に揚水する。これにより、発電に使用される水の流量は減少するものの、発電のために必要な有効落差は増大する(図2のB点参照)。結果として、水力発電装置100は、適切に発電することができる。このとき、水車駆動ポンプ131は、第1の高さh1から第1の落差で落下する水の水力のみにより駆動される。このため、水力発電装置100は、外部から化石燃料や電気などによるエネルギーを供給することなく、水を揚水し、発電に必要な落差を得ることができる。
On the other hand, even when the flow rate of water is sufficient for power generation (0.40 to 10.00 (m 3 / s)), the
本実施の形態に係る水力発電装置100では、揚水装置130の水車駆動ポンプ131は、水の水力のみを利用して駆動されるため、外部からエネルギーを別途供給する必要がない。このため、本実施の形態に係る水力発電装置100は、発電のために不十分な低落差しか得られない場所であっても、水力のみを利用して適切に発電することができる。また、前述のとおり、本実施の形態に係る水力発電装置100では、水量および有効落差の調整が可能なため、発電装置150の選択の幅を広げることもできる。
In the hydroelectric
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る水力発電装置100は、1)簡単に河川を堰き止めることができると共に、2)容易に設置および撤去を行うことができる。また、本実施の形態に係る水力発電装置100は、3)揚水のために化石燃料や電気などにより、別途エネルギーを供給する必要がなく、4)発電のために十分な落差を得られない場所であったとしても、必要とされる場所において、必要な時期のみ水力発電装置を配設して、水力発電を行うことができる。
(effect)
As described above, the hydroelectric
[実施の形態2]
実施の形態2では、揚水装置が2つの水車駆動ポンプを有する水力発電装置について説明する。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, a hydroelectric generator having a pumping device having two turbine drive pumps will be described.
(水力発電装置の構成)
図3は、実施の形態2に係る水力発電装置200の断面図である。図3に示されるように、本実施の形態に係る水力発電装置200は、堰体110と、送水路120と、堰体110より河川の下流側に設けられた揚水装置230と、送水路120からの水を第1水車駆動ポンプ131に導く第1導水路140と、揚水装置230より河川の下流側に設けられた発電装置150と、揚水装置230から揚水される水を発電装置150に導く第2導水路160とを有している。本実施の形態では、揚水装置230は、2つの水車駆動ポンプ(第1水車駆動ポンプ131および第2水車駆動ポンプ231)と、第1水車駆動ポンプ131から揚水される水を第2水車駆動ポンプ231に導く第3導水路260とを有する。なお、実施の形態1に係る水力発電装置100と同じ構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。
(Configuration of hydroelectric generator)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
実施の形態2に係る水力発電装置200は、堰体110により水位を第1の高さh1まで上昇させる。次いで、第1の高さh1から第1の落差で落下した水の水力のみを利用して、揚水装置230により当該水の一部を第2の高さh2に揚水させる。具体的には、第1の高さh1から第1の落差で落下した水の水力のみを利用して、第1水車駆動ポンプ131により当該水の一部を第3の高さh3に揚水させる。次いで、第3の高さh3にある水を第3の落差で落下した水の水力のみを利用して、第2水車駆動ポンプ231により当該水の一部を第2の高さh2に揚水させる。次いで、第2の高さh2にある水を第2の落差で落下させることにより、発電装置150で発電を行う。第2の高さh2は、第3の高さh3より高く、第3の高さh3は、第1の高さh1より高い。第2の落差は、第3の落差より大きく、第3の落差は、第1の落差より大きい。ここで、本実施の形態では、「第1の高さh1から第1の落差で落下させる」とは、図3に示されるように、落下前の水の水位(A)と、落下後の第1水車駆動ポンプ131に流入するときの水の水位(B)との水位差により水を移動させることを意味する。また、「第3の高さh3から第3の落差で落下させる」とは、落下前の揚水された水の水位(C)と、落下後の第2水車駆動ポンプ231に流入するときの水の水位(D)との水位差により水を移動させることを意味する。また、「第2の高さh2から第2の落差で落下させる」とは、落下前の第2水車駆動ポンプ231により揚水された水の水位(E)と、落下後の発電装置150に流入するときの水の水位(F)との水位差により水を移動させることを意味する。さらに、第1の落差とは、第1の高さh1から落下した水の水力を利用して揚水する際に、第1水車駆動ポンプ131による揚水に実質的に寄与しうる、A−B間の総落差から損失落差を差し引いた有効落差を意味する。また、第3の落差とは、第3の高さh3から落下した水の水力を利用して揚水する際に、第2水車駆動ポンプ231による揚水に実質的に寄与しうる、C−D間の総落差から損失落差を差し引いた有効落差を意味する。さらに、第2の落差とは、第2の高さh2から落下した水の水力を利用して発電する際に、発電装置150による発電に実質的に寄与しうる、E−F間の総落差から損失落差を差し引いた有効落差を意味する。
The
第1水車駆動ポンプ131は、第1の高さh1から第1の落差で落下した水の水力を利用して、当該水の一部を第3の高さh3に揚水すること以外は、実施の形態1における水車駆動ポンプ131と同様であるため、その説明を省略する。本実施の形態では、第1の落差は、例えば、2m以上かつ6m未満である。
The first hydraulic
第2水車駆動ポンプ231は、第3の高さh3から第3の落差で落下した水の水力を利用して、第3の落差から落下した水の一部を第2の高さh2に揚水する。第3の落差は、例えば、6m以上かつ80m未満である。第2水車駆動ポンプ231は、第1水車駆動ポンプ131より河川の下流側に設けられている。第2水車駆動ポンプ231の種類は、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。第2水車駆動ポンプ231の種類は、例えば、第1水車駆動ポンプ131と同じである。第2水車駆動ポンプ231の第5排水口232は、外部と連通している。第2水車駆動ポンプ231で揚水されなかった水は、第5排水口232から河川に排水される。
The second water
第3導水路260は、第1水車駆動ポンプ131により第3の高さh3に揚水される水を第2水車駆動ポンプ231に導く。第3導水路260は、第1水車駆動ポンプ131の第1揚水口134と第2水車駆動ポンプ231の第5流入口233をつないでいる。第3導水路260の第3下流口262は、第2水車駆動ポンプ231の第5流入口233と、第7接続ジョイント235を介して接続されている。第3導水路260の第3上流口261は、第1水車駆動ポンプ131の第1揚水口134と、第4接続ジョイント136を介して接続されている。また、第3導水路260の第3下流口262は、第2水車駆動ポンプ231の第5流入口233と、第8接続ジョイント236を介して接続されている。
The
第3導水路260の構成は、第1水車駆動ポンプ131で第3の高さh3に揚水される水を第2水車駆動ポンプ231に導くことができれば(第2水車駆動ポンプ231に導く水の水位を第3の高さh3にすることができれば)特に限定されない。本実施の形態では、第2揚水管263と、第3の高さh3まで導かれ、落下させる水を一時的に貯留するための第2水塔264と、第2水塔264内の水を第2水車駆動ポンプ231に導くための第2導水管265とを有する。
The configuration of the
第2揚水管263は、第1水車駆動ポンプ131で揚水される水を第3の高さh3に導く。第2揚水管263の高さを変更することにより第3の高さh3を調整し、発電量を調整することができる。第2揚水管263の第2下方側開口部263a(第3導水路260の第3上流口261)は、第1水車駆動ポンプ131の第1揚水口134と、第4接続ジョイント136を介して接続されている。また、第2揚水管263の第2上方側開口部263bは、第2水塔264の第6流入口264aと、第9接続ジョイント266を介して接続されている。
The
第2揚水管263の径は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。第2揚水管263の径は、河川の水量や流速に応じて、適宜設計されうる。また、第2揚水管263の素材は、特に限定されない。たとえば、第2揚水管263は、第1導水路140と同様の素材により構成される。
The diameter of the
第2水塔264は、第2揚水管263を介して揚水された水を一時的に貯留する。貯留された水の水位は、第3の高さh3に相当する。本実施の形態では、第2水塔264は、その高さ方向において異なる位置に2つの開口部を有する。2つの開口部は、第6流入口264aおよび第6排水口264bからなる。第6流入口264aは、第6排水口264bよりも上流側かつ上方側に配置されている。前述のとおり、第6流入口264aは、第2揚水管263の第2上方側開口部263bと、第9接続ジョイント266を介して接続されている。また、第6排水口264bは、第2導水管265の第7流入口265aと、第10接続ジョイント267を介して接続されている。これにより、第3導水路260を簡単に組み立てることができると共に、第3導水路260を通る水のロスをなくすことができる。また、第2水塔264の上部は、外部に開口している。
The
また、第2水塔264は、高さ方向において異なる位置にさらに複数の開閉可能な開口部(図示省略)を有していてもよい。河川の流量の変化などに応じて、第2揚水管263を異なる高さの開口部につなぎ替えることにより、第3の高さh3を調整し、発電量が簡単に調整されうる。
The
第2水塔264の形状および高さは、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。本実施の形態では、第2水塔264の形状は、円筒形状である。第2水塔264の高さは、第3の高さh3に応じて適宜設定されうる。
The shape and height of the
第2水塔264の径は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。第2水塔264の径は、揚水される水の水量や流速に応じて、適宜設計されうる。また、第2水塔264の素材も、特に限定されない。第2水塔264の素材の例には、ステンレス鋼などが含まれる。
The diameter of the
第2導水管265は、第2水塔264内の水を第2水車駆動ポンプ231に導く。第2導水管265の第7流入口265aは、第2水塔264の第6排水口264bと、第10接続ジョイント267を介して接続されている。また、第2導水管265の第7排水口265b(第3導水路260の第3下流口262)は、第2水車駆動ポンプ231の第5流入口233と、第7接続ジョイント235を介して接続されている。これにより、水力発電装置200を簡単に組み立てることができると共に、第2水車駆動ポンプ231に送られる水のロスをなくすことができる。
The
第2導水管265の径は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。第2導水管265の径は、揚水された水の水量や流量によって、適宜設計されうる。また、第2導水管265の素材も、特に限定されない。たとえば、第2導水管265は、第1導水路140と同様の素材により構成される。
The diameter of the
なお、第3導水路260は、第1水車駆動ポンプ131により過剰に揚水された水を放流するための放水管を別途有していてもよい。これにより、第2水車駆動ポンプ231に流入する水量が調節され、発電量が調整されうる。
In addition, the
本実施の形態では、発電装置150は、第2水車駆動ポンプ231により揚水された水が第2の高さh2から第2の落差で落下したときの当該水の水力を利用して発電すること以外は、実施の形態1の発電装置150と同様であるため、その説明を省略する。本実施の形態では、第2の落差は、例えば、80m以上かつ200m以下である。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、第2導水路160は、第2水車駆動ポンプ231の第2揚水口234と、発電装置150の第2流入口152とをつなぐ以外は、実施の形態1の第2導水路160と同様であるため、その説明を省略する。
In the present embodiment, the
以上のように、本実施の形態に係る水力発電装置200は、河川の水を二段階で揚水し、発電のために十分な落差を得ることができる。したがって、水力発電装置200は、適切に発電することができる。
As described above, the hydroelectric
(水力発電装置の水力発電特性)
次に、本実施の形態で使用する水力発電装置200の水力発電特性について説明する。まず、本実施の形態で使用する発電装置150について説明する。本実施の形態では、発電装置150として、クロスフロー水車および発電機を有する発電装置を使用する。図4は、発電装置150の水力−電力変換特性の一例を示すグラフである。図4において、横軸は、水の流量(m3/s)を示し、縦軸は、水の有効落差(m)を示している。実線は、クロスフロー水車および発電機を有する発電装置150による発電に適用可能な、流量の範囲および有効落差の範囲を示している。また、破線は、水流および有効落差と、発電装置150による発電量との関係を示している。
(Hydraulic power generation characteristics of hydroelectric generators)
Next, the hydroelectric power generation characteristics of the
図4から、この発電装置150は、流量が0.10〜8.00(m3/s)の範囲内にあり、かつ有効落差が5.0〜200.0(m)の範囲内(実線で囲まれた範囲内)にある場合おいて、10〜1000(kW)の電力を発電できることがわかる。
From FIG. 4, this
その一方で、発電装置150は、水の流量が発電のために十分であったとしても(0.10〜8.00(m3/s))、有効落差が不十分なとき(5.0mより小さいとき)は発電することができないこともわかる(例えば、図4のA点参照)。そこで、本実施の形態に係る水力発電装置200では、第1水車駆動ポンプ131が、河川の水の一部を第1の高さh1から第3の高さh3に揚水する。これにより、発電に使用される水の流量は減少するものの、有効落差は増大する(図4のB点参照)。さらに本実施の形態に係る水力発電装置200では、第2水車駆動ポンプ231が、第1水車駆動ポンプ131により揚水された水の一部を第3の高さh3から第2の高さh2に揚水する。これにより、発電に使用される水の流量は、さらに減少するものの、発電のために必要な有効落差は、さらに増大する(図4のC点参照)。水力発電装置200では、河川の水の落差が小さい場合であっても、第1水車駆動ポンプ131によって第2水車駆動ポンプ231を駆動するための十分な高さをあらかじめ得ることができる。このため、本実施の形態に係る水力発電装置200は、第2水車駆動ポンプ231によって、発電のために必要な落差を十分に得ることができ、適切に発電することができる。
On the other hand, even if the flow rate of water is sufficient for power generation (0.10 to 8.00 (m 3 / s)), the
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る水力発電装置200は、実施の形態1に係る水力発電装置100の効果に加えて、さらに十分な落差を得て発電することができる。
(effect)
As described above, the
なお、上記各実施の形態では、堰体110に空気を入れて膨張させる例を示した。しかし、堰体110には、堰体110を膨張させることができれば、空気以外の流体を入れてもよい。たとえば、空気以外の気体、または水などの液体が堰体110に入れられてもよい。
In each of the above-described embodiments, an example in which air is introduced into the
また、上記各実施の形態では、堰体110を有する水力発電装置100、200について説明したが、本発明に係る水力発電装置は、堰体110以外により揚水に必要な落差を形成してもよい。たとえば、コンクリートなどの堰堤により落差を形成してもよい。または、水力発電装置を設置する河川などにおいて、水車駆動ポンプによる揚水に必要な落差を有する段差などがあれば、堰体を有していなくてもよい。
In each of the above embodiments, the
また、上記実施の形態1では、水塔164を有する水力発電装置100について説明したが、本発明に係る水力発電装置は、水塔164を有していなくてもよい。この場合、揚水された水は、発電装置150に第2流入口152から直接流入する。
In the first embodiment, the hydroelectric
また、上記実施の形態2では、第2水塔264を有する水力発電装置200について説明したが、本発明に係る水力発電装置は、第2水塔264を有していなくてもよい。この場合、第2揚水管263の第2上方側開口部263bは、第2導水管265の第7流入口265aに直接接続される。
Moreover, although the said 2nd Embodiment demonstrated the
また、上記各実施の形態では、河川を流れる水を1段階または2段階で揚水する場合について説明した。しかし、本発明に係る水力発電装置は、3段階以上で揚水してもよい。この場合、揚水装置は、3つ以上の水車駆動ポンプを有する。 Moreover, in each said embodiment, the case where the water which flows through a river was pumped in one step or two steps was demonstrated. However, the hydroelectric generator according to the present invention may pump water in three or more stages. In this case, the pumping device has three or more turbine drive pumps.
また、送水路120および第1導水路140は兼用されていてもよい。具体的には、堰体110の上流側の面の上方に上流端口121を形成し、堰体110の下流側の面の下方に下流端口122を形成する。そして、下流端口122を(第1)水車駆動ポンプ131の第1流入口133に接続する。これにより、装置の構成要素を減らすことができる。
Moreover, the
本発明に係る水力発電装置は、河川などの水の流路に簡単に設置することができると共に、撤去することができるため、小水力発電用の発電装置として有用である。たとえば、本発明に係る水力発電装置は、大規模停電が起きて、電気が復旧しない地域などで、簡易的な発電所として機能する。発電量が1000kW以下であれば、本発明に係る水力発電装置は、そのまま電柱の配線に電気を流すことができ、周囲の住居に電気を供給することができる。 The hydroelectric generator according to the present invention can be easily installed in a flow path of water such as a river and can be removed, so that it is useful as a power generator for small hydropower generation. For example, the hydroelectric power generation device according to the present invention functions as a simple power plant in an area where a large-scale power failure occurs and electricity is not restored. If the power generation amount is 1000 kW or less, the hydroelectric power generation device according to the present invention can flow electricity to the wiring of the power pole as it is, and can supply electricity to the surrounding dwelling.
100、200 水力発電装置
110 堰体
120 送水路
121 上流端口
122 下流端口
123 第1接続ジョイント
130、230 揚水装置
131 (第1)水車駆動ポンプ
132 第1排水口
133 第1流入口
134 (第1)揚水口
135 第2接続ジョイント
136 第4接続ジョイント
140 第1導水路
141 第1上流口
142 第1下流口
150 発電装置
151 支持台
152 第2流入口
153 第2排水口
154 第3接続ジョイント
160 第2導水路
161 第2上流口
162 第2下流口
163 揚水管
163a 下方側開口部
163b 上方側開口部
164 水塔
164a 第3流入口
164b 第3排水口
165 導水管
165a 第4流入口
165b 第4排水口
166 第5接続ジョイント
167 第6接続ジョイント
231 第2水車駆動ポンプ
232 第5排水口
233 第5流入口
234 第2揚水口
235 第7接続ジョイント
236 第8接続ジョイント
260 第3導水路
261 第3上流口
262 第3下流口
263 第2揚水管
263a 第2下方側開口部
263b 第2上方側開口部
264 第2水塔
264a 第6流入口
264b 第6排水口
265 第2導水管
265a 第7流入口
265b 第7排水口
266 第9接続ジョイント
267 第10接続ジョイント
h1 第1の高さ
h2 第2の高さ
h3 第3の高さ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
揚水された前記水が前記第2の高さから前記第1の落差より大きい第2の落差で落下したときの前記水の水力を利用して発電する発電装置と、
を有する、水力発電装置。 A second pump that has one or more water turbine drive pumps and uses a hydraulic force of water dropped from a first height at a first head to make a part of the water higher than the first height; A pumping device for pumping to a height of
A power generation device that generates electric power using the hydraulic power of the water when the pumped water falls from the second height with a second head greater than the first head;
A hydroelectric generator.
前記第1の高さから前記第1の落差で落下した水の水力を利用して、前記水の一部を前記第1の高さより高い第3の高さに揚水する第1水車駆動ポンプと、
前記第3の高さに揚水された前記水が前記第3の高さから前記第1の落差より大きい第3の落差で落下した水の水力を利用して、前記第3の落差で落下した前記水の一部を前記第3の高さより高い前記第2の高さに揚水する第2水車駆動ポンプと、
を有する、請求項2に記載の水力発電装置。 The pumping device is
A first water turbine drive pump for pumping a part of the water to a third height higher than the first height by utilizing the hydraulic power of the water dropped at the first head from the first height; ,
The water pumped to the third height is dropped at the third head using the hydraulic power of water dropped from the third height at a third head greater than the first head. A second turbine drive pump for pumping a portion of the water to the second height higher than the third height;
The hydroelectric power generator according to claim 2, comprising:
前記第3の落差は、6m以上かつ80m未満であり、
前記第2の落差は、80m以上かつ200m以下である、
請求項3に記載の水力発電装置。 The first drop is 2 m or more and less than 6 m,
The third head is 6 m or more and less than 80 m,
The second head is 80 m or more and 200 m or less,
The hydroelectric generator according to claim 3.
前記第2の落差は、6m以上かつ80m以下である、
請求項4に記載の水力発電装置。
The first drop is 2 m or more and less than 6 m,
The second head is 6 m or more and 80 m or less,
The hydroelectric generator according to claim 4.
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