１．はじめに
再生可能エネルギーとは本来、「絶えず資源が補充されて枯渇することのないエネルギー」、「利用する以上の速度で自然に再生するエネルギー」という意味の用語ですが、実際には自然エネルギー、新エネルギーなどと似た意味で使われることが多いようです。

日本の法令上は、「再生可能エネルギー源」について、「永続的に利用することができると認められるエネルギー源」と定義する例や、「太陽光、風力その他非化石エネルギー源のうち、エネルギー源として永続的に利用することができると認められるものとして政令で定めるもの」とした上で、同施行令により「太陽光」「風力」「水力」「地熱」「太陽熱」「大気中の熱その他の自然界に存する熱」「バイオマス（動植物に由来する有機物であってエネルギー源として利用することができるものをいう」と列挙定義される例があります（電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法等参照）。

 

２．水力発電の区分

このうち、水力については、大型のダム式と、環境破壊の少ない中小規模の水力発電と区別され、統計上も別扱いされることもあります。

「小水力発電」について厳密な定義はありませんが、出力10,000kW～30,000kW以下を「中小水力発電」と呼ぶことが多く、また「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法（新エネ法）」の対象のように出力1,000kW以下の比較的小規模な発電設備を総称して「小水力発電」と呼ぶこともあります。一般的には、下表に示すような出力区分があり、1kW未満のきわめて小規模な発電を、「ピコ水力」として細分化することもあります。

出典：マイクロ水力発電導入ガイドブック（2003年、新エネルギー・産業技術総合開発機構）

 

電力の大きさをイメージする目安として補足しますと、統計による我が国の一般家庭における平均消費電力は8.3～10kWh/日（4人家族）です（ECCJ省エネルギーセンター調べ）。

 

一般的な水力発電は、発電所から比較的遠方にダムを建設して、その間の水位差による水圧と、流速で水車（タービン）を回転して発電します。小水力発電も水の流れで水車を回して発電する原理は同じですが、ダムのような大規模構造物を必要としない（構造物を作る場合でも規模は小さい）点が異なります。

いずれにしても、水力発電では、水の位置エネルギー（落下エネルギー）や水流の勢いでタービンを介して発電機を回し、発電を行います。

元来、日本ではその豊かな森林・山岳地帯を流れる大量の河川エネルギーを利用した水力利用が行われてきましたが、近年は環境破壊に対する懸念が支配的となり、大規模な水力開発に代わり自然地形の人為的な変更を最小限にとどめた小規模水力利用が見直されてきました。

日本の特徴である起伏あふれる豊かな自然美を維持しつつ、その恵みの一部をエネルギーとして利用できる小規模水力発電の導入推進が求められます。                

              

設備容量が小さい場合は左図、比較的大きい場合は右図のようになります。

発電した電気は、ピコ水力は独立電源型として、それ以上は地域供給型の独立電源型や系統連系型として利用されます。ピコ、小規模マイクロ水力発電のような小河川から引水したコンパクトな発電システムは、小規模な工事で済み、自然の地形を殆ど変えることなく自然エネルギーの利用が可能です。

 

　ピ コ 水 力 発 電　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　マ イ ク ロ ～ 小 水 力 発 電
 　　


水力発電は出力規模によっておおむね下記のように分類されます。本ページでは最も手軽で小規模のピコ水力から小水力に焦点を当てて説明します。

   

 ■流れ込み式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
河川の流れの中に直接発電タービンを置いたり、本流から発電用水路を引いて発電機に直接水を引き込みます。最もシンプルな方法で、ピコ水力に代表される方式です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　 　       

調整池よりも更に大きな貯水池を設け、季節単位で取水量と発電電力を調整する方式です。

 

 

 

 

  

５．水車の分類
水車には大きく分けて、反動型と衝動型の２種類に分類されます。

タービン前後の水の圧力差からエネルギーを取り出すタイプです。水位差が小さいが川の流量が大きな条件に向いています。

◎フランシス型：渦回流で水車を回し、出口で流れを引き抜きます。                  

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 ◎プロペラ型：引き込みの流れが軸と平行なものと垂直なものがあります。 




◎チューブラ型：発電機がチューブ内に収められています。サイフォンの原理で発電効率が高められています。

 

 

■ 衝動型
水の流れの運動エネルギーをタービンに衝突させてエネルギー取り出すタイプです。流量は少ないが水位差が大きな条件に向いています。

◎ペルトン型：ジェットを衝突させて水平軸の水車を回します。　　　　　　

◎ターゴ型：垂直軸のペルトンです。ぺルトンとフランシスの中間的な性格を持ちます。

　　　　　　　　　　　



◎クロスフロー型：異物の目詰りに強く、メンテナンスが容易でシンプル・安価です。

　　　

◎開放ホイール型：古来よりなじみある木製動力水車がこれです。
　
　　　　
　


６．小水力発電のポテンシャル

資源エネルギー庁による出力別の包蔵水力調査によれば、１万ｋｗ未満の未開発の出力の合計は、約６８０万ｋｗ（２４７１カ所）となっています（参考：原子力発電１基：約１００万ｋｗ）。

他方、民間団体（全国小水力利用推進協議会）によれば、上記データは過小評価であり、１０００ｋｗ未満だけでも、３００万ｋｗ程度の可能性があると見込んでいます。

※例えば、農業用水は総延長が約４０万ｋｍ、基幹的農業用水路でも約４．５万ｋｍが張り巡らされており、小水力発電が可能な落差がある場所も多数存在します。

 

７．小水力発電普及への課題
政府は、古川環境大臣政務官イニシアティブ「小水力発電普及促進のためのアクションプラン」で、小水力発電普及に向けての課題とアクションプランを次のように提唱しています。http://www.env.go.jp/annai/soshiki/daijin/initiative_furukawa.pdf

（１）制度上の課題

一般的に、小水力発電は河川法及び電気事業法が適用される場合があります。農業用水路の場合でも、水利権の調整が必要です。これまでも手続の緩和緩和などが進められてきましたが、地元との調整プロセス等について、更なる手続の明確化や透明性の確保により迅速化を図るべきとの声があります。
 

導水管等による引込方式など土木工事が必要な場合は時間もコストもかかります。那須塩原の例のように既存水路に発電機を設置する場合でも、件数が少なく、受注生産のような形態となっていることから、経済性が低いのが現状です。また、買電単価が低いことも小水力発電の経済性を下げているとの指摘があります。
 

①小水力発電の可能性調査の実施：河川はもちろん、農業用水、上下水道など様々な場所において、小規模の流量・段差を活用して発電の可能性があることから、１０００kw未満の小水力発電の可能性をきちんと調査調査していくことが市場規模の適正な評価につながる。

②成功モデルの構築と普及：水利権者も発電事業者も共に経済メリットを享受できる「Win‐Win」モデルを構築し、地元調整の迅速化を図る。

特に、農業用水、上下水道などになどに焦点を当て普及普及のためのモデルケース作りを行う。

③各省連携による戦略的普及拡大：（１）、（２）の成果を活用し、小水力発電施設・機器の市場拡大と標準化、生産量の増大によるコスト低減につなげる。

④関係省庁が連携して、小水力発電の普及促進に取り組む。

 

参考データ

◎小水力発電データベース　http://j-water.jp/database/

８．導入事例
当社は早くから小水力発電の可能性に着目し、当社オリジナル製品の開発と普及に取り組んできました。以下に、当社の施工実績の一部を掲載します。

 
お問合せ先：
株式会社 エイワット　〒587-0012　大阪府堺市美原区多治井20-1
TEL：072-362-3329　　FAX：072-362-0575





 


株式会社エイワット
代表取締役　柴田政明
http://www.eiwat.co.jp/