(57)【要約】【課題】  総合的に、各水力発電設備を効率的に運転することができる水力発電システムを提供する。【解決手段】  複数の水力発電設備１，２が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システムにおいて、各水力発電設備１，２の放出水が合流する際に、河川の所定位置Ｘの濁度が設定値を超えるのを防止すべく、各水力発電設備１，２の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備１，２の放出水の放出量を制御することを特徴とする【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システムにおいて、
各水力発電設備の放出水が合流する際に、河川の所定位置の濁度が設定値を超えるのを防止すべく、各水力発電設備の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備の放出水の放出量を制御することを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システムの、運転計画方法において、
各水力発電設備における放出水の濁度の経時変化を予測するステップと、各水力発電設備の放出水が合流する際に、河川の所定位置の濁度が設定値を超えるのを防止すべく、各水力発電設備の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備の放出水の放出量を制御して運転するように計画するステップとを備えることを特徴とする水力発電システムの運転計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システム及びその運転計画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、雨が降ると、土砂等が崩れて河川に流れ込むため、河川が濁る。そして、この濁った河川、即ち、濁水が、ダムにより貯水可能に構成される下流の貯水池（調整池）に流入することにより、図４（ａ）に示すように、ダム水（貯水池に貯水された水）の濁度が上昇する。その後、雨が止むことにより、濁水の流入がなくなると共に、時間が経つにつれて、濁度成分が沈んだり、浮いたりするため、ダム水の濁度が下降する。
【０００３】
図４（ａ）においては、実線がダム水の濁度の推移を示し、点線がダム水（貯水池）の水位の推移を示し、棒グラフが所定時間当たりの雨量を示している。そして、図４（ｂ）に示すように、ダム水を放出することにより発電する水力発電設備においては、濁度の高いダム水を放出すると、下流の河川の濁度を上昇させ、さまざまな問題を発生させてしまう。
【０００４】
したがって、水力発電設備は、放出水（放出するダム水）の濁度が設定値よりも高い場合、ダム水の放出、即ち、運転（発電）を停止し、放出水の濁度が設定値よりも低い場合、ダム水の放出、即ち、運転（発電）を開始する。
【０００５】
ここで、水力発電設備の運転を効率化すべく、ダム水の濁度（又は濁度に相当する指標）を測定し、その測定結果に基づき、水力発電設備の運転、即ち、ダム水の放出を自動化させる水力発電設備の運転方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２１３６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる水力発電設備の運転方法においては、放出水の濁度が設定値より低くなるまで、ダム水の放出を開始することができず、図４（ｂ）に示すように、複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システムにおいては、必ずしも効率的な運転方法とはいえない。
【０００７】
例えば、第１水力発電設備１と第２水力発電設備２とからの放出水が合流する本流河川１００（各放出水が合流した後の所定位置Ｘ）において、濁度を設定値以下とするためには、各水力発電設備１，２におけるダムからの放出水の濁度がそれぞれ設定値以下となるまで、各水力発電設備１，２を運転することができない。
【０００８】
よって、本発明は、かかる事情に鑑み、総合的に、各水力発電設備を効率的に運転することができる水力発電システム及びその運転計画方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る水力発電システムは、複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システムにおいて、各水力発電設備の放出水が合流する際に、河川の所定位置の濁度が設定値を超えるのを防止すべく、各水力発電設備の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備の放出水の放出量を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、各水力発電設備が同一水系の河川に放出する放出水の濁度に応じて、各水力発電設備の放出水の放出量を制御するため、各水力発電設備の放出水が合流した河川の所定位置において、濁度が設定値を超えるのを防止できる。したがって、各水力発電設備は、自身の放出水の濁度だけでなく、他の水力発電設備における放出水の濁度や放出量を考慮して、自身の放出水の放出量を決定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る水力発電システムの運転計画方法は、複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する水力発電システムの、運転計画方法において、各水力発電設備における放出水の濁度の経時変化を予測するステップと、各水力発電設備の放出水が合流する際に、河川の所定位置の濁度が設定値を超えるのを防止すべく、各水力発電設備の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備の放出水の放出量を制御して運転するように計画するステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、各水力発電設備が同一水系の河川に放出する放出水の濁度の経時変化を予測し、さらに、各水力発電設備の放出水の予測濁度に応じて、各水力発電設備の放出水の放出量を制御して運転するように計画するため、各水力発電設備の放出水が合流する河川の所定位置において、濁度が設定値を超えるのを防止するように計画できる。
【００１３】
したがって、所定の水力発電設備の放出水の濁度だけでなく、他の水力発電設備の放出水の濁度や放出量を考慮して、所定の水力発電設備における放出水の放出量を決定することができ、さらに、経時変化を予測した濁度を用いて各水力発電設備の一定期間の運転計画をすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の如く、本発明に係る水力発電システム及びその運転計画方法は、所定の水力発電設備における放出水の濁度だけでなく、他の水力発電設備の放出水の濁度や放出量を考慮して、所定の水力発電設備における放出水の放出量を決定することもできるため、総合的に、各水力発電設備を効率的に運転することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る水力発電システムにおける一実施形態について、図１〜図３を参酌して説明する。なお、図１〜図３において、図４の符号と同一の符号を付した部分は、従来技術と同一の構成又は要素を表す。
【００１６】
本実施形態に係る水力発電システムは、図１〜図２に示すように、複数の水力発電設備１，２が同一水系の河川１００（１０１，１０２）に放出水を放出する。具体的には、水力発電システムは、第１水力発電設備１と第２水力発電設備２とを備え、第１水力発電設備１の放出水、第２水力発電設備２の放出水、第１支流河川１０１の河川水、及び第２支流河川１０２の河川水が下流の本流河川１００にて合流する。
【００１７】
また、水力発電システムは、第１水力発電設備１の上流に第３水力発電設備３を備えると共に、第２水力発電設備２の上流に第４水力発電設備４を備え、第１水力発電設備１は、第３水力発電設備３からの放流水と第３支流河川１０３からの河川水とを貯水するように構成され、第２水力発電設備２は、第４水力発電設備４からの放流水と第４支流河川１０４からの河川水とを貯水するように構成される。
【００１８】
そして、水力発電システムは、各水力発電設備１，２，３，４を制御する制御装置５を備える。さらに、水力発電システムは、各水力発電設備１，２，３，４の運転を計画する運転計画装置６を備える。
【００１９】
第１水力発電設備１は、ダム１１により貯水可能に構成される貯水池（「調整池」ともいい、図示しない）１２と、貯水池１２に貯められたダム水が取水口や導水路を介して導入され、ダム水が水車を回転させることにより発電する発電機１３と、水車を回転させることによりエネルギーを失ったダム水を河川に放出する放水路１４とを備える。
【００２０】
そして、第１水力発電設備１は、導水路に設けられるゲートの開度により水車に導入するダム水の流量を制御、即ち、発電機１３の出力を制御し、これにより、河川に放出するダム水（放出水）の放出量を制御する。
【００２１】
また、第２水力発電設備２、第３水力発電設備３、第４水力発電設備４においても、第１水力発電設備１と同様に、ダム２１，３１，４１、貯水池２２，３２，４２（図示しない）、発電機２３，３３，４３、及び放水路２４，３４，４４をそれぞれ備える。なお、当然に、取水口、導水路、水車、及びゲート等もそれぞれ備える。
【００２２】
制御装置５は、各水力発電設備１，２，３，４の放出水が合流する際に、河川１００の所定位置Ｘの濁度が設定値を超えるのを防止すべく、各水力発電設備１，２，３，４の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備１，２，３，４の放出水の放出量、即ち、発電機１３，２３，３３，４３の出力を制御可能に構成される。
【００２３】
具体的には、制御装置５は、各所定位置における水の濁度を測定する濁度測定手段５１と、各所定位置における水の流量を測定する流量測定手段５２とを備え、さらに、濁度測定手段５１及び流量測定手段５２の測定値に基づき、第１水力発電設備１のダム水の濁度を制御する第１ダム水濁度制御手段５３と、第２水力発電設備２のダム水の濁度を制御する第２ダム水濁度制御手段５４と、本流河川１００の所定位置Ｘの濁度を制御する本流河川水濁度制御手段５５とを備える。
【００２４】
濁度測定手段５１は、各貯水池１２，２２，３２，４２のダム水、即ち、各水力発電設備１，２，３，４の放出水の濁度Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と、各支流河川１０１，１０２，１０３，１０４の河川水の濁度ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４とを測定可能に構成される。具体的には、濁度測定手段５１は、各貯水池１２，２２，３２，４２の取水口の近傍や、各支流河川１０１，１０２，１０３，１０４の河川水中に、濁度計５１ａをそれぞれ設置している。
【００２５】
流量測定手段５２は、各水力発電設備１，２，３，４の放出水の流量（放出量）Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４と、各支流河川１０１，１０２，１０３，１０４が本流河川１００や貯水池１２，２２に流れ込む流量ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４を測定可能に構成される。具体的には、流量測定手段５２は、各放水路１４，２４，３４，４４や各支流河川１０１，１０２，１０３，１０４に流量計（流速計）５２ａをそれぞれ設置している。
【００２６】
第１ダム水濁度制御手段５３は、濁度測定手段５１及び流量測定手段５２にて測定される、第３水力発電設備３のダム水（放出水）の濁度Ｄ３及び流量（放出量）Ｑ３と、第３支流河川１０３の河川水の濁度ｄ３及び流量ｑ３とにより、第１ダム水の濁度Ｄ１’を、以下の式１にて予測する。なお、Ｋ１は、補正計数であり、過去の蓄積されたデータから求められた数値である。
【数１】
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【００２７】
そして、第１ダム水濁度制御手段５３は、予測される第１ダム水の濁度Ｄ１’が設定値を超えるのを防止すべく、第３水力発電設備３の放出水の放出量、即ち、発電機３３の出力を制御する。
【００２８】
第２ダム水濁度制御手段５４は、濁度測定手段５１及び流量測定手段５２にて測定される、第４水力発電設備４のダム水（放出水）の濁度Ｄ４及び流量（放出量）Ｑ４と、第４支流河川１０４の河川水の濁度ｄ４及び流量ｑ４とにより、第２ダム水の濁度Ｄ２’を、以下の式２にて予測する。なお、Ｋ２は、補正計数であり、過去の蓄積されたデータから求められた数値である。
【数２】
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【００２９】
そして、第２ダム水濁度制御手段５４は、予測される第２ダム水の濁度Ｄ２’が設定値を超えるのを防止すべく、第４水力発電設備４の放出水の放出量、即ち、発電機４３の出力を制御する。
【００３０】
本流河川水濁度制御手段５５は、濁度測定手段５１及び流量測定手段５２にて測定される、第１水力発電設備１のダム水（放出水）の濁度Ｄ１及び流量（放出量）Ｑ１と、第２水力発電設備２のダム水（放出水）の濁度Ｄ２及び流量（放出量）Ｑ２と、第１支流河川１０１の河川水の濁度ｄ１及び流量ｑ１と、第２支流河川１０２の河川水の濁度ｄ２及び流量ｑ２とにより、本流河川１００の所定位置Ｘにおける河川水の濁度Ｄｘ’を、以下の式３にて予測する。なお、Ｋｘは、補正計数であり、過去の蓄積されたデータから求められた数値である。
【数３】
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【００３１】
そして、本流河川水濁度制御手段５５は、予測される本流河川１００の所定位置Ｘにおける河川水の濁度Ｄｘ’が設定値を超えるのを防止すべく、第１水力発電設備１の放出水の放出量、即ち、発電機１３の出力と、第２水力発電設備２の放出水の放出量、即ち、発電機２３とを制御する。
【００３２】
運転計画装置６は、各所定位置における水の濁度を測定する濁度測定手段６１と、各所定位置における水の流量を測定する流量測定手段６２と、各所定位置における雨量を測定する雨量測定手段６３と、各貯水池１２，２２，３２，４２の水位を測定する水位測定手段６４とを備える。
【００３３】
そして、運転計画装置６は、濁度測定手段６１、流量測定手段６２、雨量測定手段６３、及び水位測定手段６４の測定値に基づき、各所定位置における濁度の経時変化を予測する濁度経時変化予測手段６５と、濁度経時変化予測手段６５にて予測する濁度に基づき、各水力発電設備１，２，３，４の運転を計画する運転計画手段６６とを備える。
【００３４】
本実施形態においては、運転計画装置６の濁度測定手段６１は、制御装置５の濁度測定手段５１も兼ねており、さらに、運転計画装置６の流量測定手段６２は、制御装置５の流量測定手段５２も兼ねている。
【００３５】
雨量測定手段５３は、各貯水池１２，２２，３２，４２の付近や、各支流河川１０１，１０２，１０３，１０４の付近の雨量を測定可能に構成される。具体的には、雨量測定手段５３は、各貯水池１２，２２，３２，４２の付近や、各支流河川１０１，１０２，１０３，１０４の付近に雨量測定計（図示及び採番しない）を設置している。
【００３６】
水位測定手段５４は、各貯水池１２，２２，３２，４２の水位を測定可能に構成される。具体的には、水位測定手段５４は、各貯水池１２，２２，３２，４２に水位計（図示及び採番しない）を設置している。
【００３７】
濁度経時変化予測手段６５は、各貯水池１２，２２，３２，４２のダム水（各水力発電設備１，２，３，４における放出水）の濁度の経時変化を時間単位や日単位で予測可能に構成される。例えば、濁度経時変化予測手段６５は、第１水力発電設備１の貯水池１２のダム水の経時変化を予測する際に、現状の第１水力発電設備１の貯水池１２のダム水の濁度と、水位と、流入量（第３水力発電設備３のダム水の流量及び支流河川１０３の河川水の流量）と、その付近の雨量とを用いて予測する。
【００３８】
また、濁度経時変化予測手段６５は、図３に示すように、雨が降ることにより、ダム水の濁度が上昇して所定値（例えば発電機の運転に影響を及ぼす濁度値）となる時間ｔａや、雨が止むことにより、ダム水の濁度が下降（収束）して設定値（例えば発電機の運転が可能となる濁度値）となる時間ｔｂを予測して、報知するように構成される。なお、図３において、実線Ｄは、ダム水の濁度の実績を示し、点線Ｄｔ１〜Ｄｔ４は、時間ｔ１〜ｔ４における濁度の経時変化の予測を示し、棒グラフは、雨量を示している。
【００３９】
運転計画手段６６は、濁度経時変化予測手段６５により予測した各水力発電設備１，２，３，４の放出水の濁度に応じて、各水力発電設備１，２，３，４の放出水の放出量を制御して運転するように、時間単位や日単位で計画するように構成される。具体的には、運転計画手段６６は、本流河川１００の所定位置Ｘの濁度が設定値を超えるのを防止するように、上記の式１〜３（濁度は予測濁度を用いる）を用いて、各水力発電設備１，２，３，４の発電機１３，２３，３３，４３の運転を計画する。
【００４０】
以上より、本実施形態に係る水力発電システムは、各水力発電設備１，２，３，４が運転するために放出する放出水の濁度に応じて、各水力発電設備１，２，３，４の放出水の放出量を制御するため、第１及び第２水力発電設備１，２の放出水が合流した本流河川１００の所定位置Ｘにおいて、濁度が設定値を超えるのを防止できる。したがって、各水力発電設備１，２，３，４は、自身の放出水の濁度だけでなく、他の水力発電設備１，２，３，４の放出水の濁度や放出量を考慮して、自身の放出水の放出量を決定することができる。
【００４１】
例えば、第１水力発電設備１の放出水の濁度が本流河川１００の所定位置Ｘの設定値よりも高いが、第２水力発電設備２の放出水の濁度が本流河川１００の所定位置Ｘの設定値よりも低い場合、第１水力発電設備１は、自身の放出水の濁度と、第２水力発電設備２の放出水の濁度及び放出量とを考慮することにより、本流河川１００の所定位置Ｘの設定値よりも、自身の放出水の濁度が高い状態で放出水を放出、即ち、発電機１３を運転することができる場合がある。
【００４２】
したがって、第１水力発電設備１が従来では発電機１３を運転できない状態にも関わらず、運転することができる場合もあり得るため、総合的に、各水力発電設備１，２，３，４を効率的に運転することができる。
【００４３】
なお、本発明に係る水力発電システム及びその運転計画は、上記した実施の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。
【００４４】
例えば、上記実施形態に係る水力発電システム及びその運転計画は、濁度測定手段５１（６１）が濁度計で濁度を測定する場合を説明したが、かかる場合に限られず、例えば、濁度と相関関係を有する指標、例えば、懸濁物質（「浮遊物質」や「ＳＳ」ともいう）の濃度を測定することにより、濁度を相対的に算出する場合でもよい。
【００４５】
また、上記実施形態に係る水力発電システム及びその運転計画は、一箇所の水力発電設備のダム水及び一本の支流河川の河川水が合流したダム水の濁度（式１及び式２）や、二箇所の水力発電設備のダム水及び二本の支流河川の河川水が合流した河川水の濁度（式３）を制御する場合を説明したが、かかる場合に限られない。
【００４６】
例えば、複数の水力発電設備が同一水系の河川に放出水を放出する際の、河川の所定位置における濁度において、ｍ箇所（ｍは２以上の整数）の水力発電設備のダム水及びｎ本（ｎは０以上の整数）の河川の河川水が合流した場合の水（ダム水、河川水）の濁度Ｄ’を制御する場合、各水力発電設備のダム水（放流水）の濁度Ｄ１〜Ｄｍ及び流量（放出量）Ｑ１〜Ｑｍと、各河川の河川水の濁度ｄ１〜ｄｍ及び流量ｑ１〜ｑｍとにより、合流した水の濁度Ｄを、以下の式４又は式５にて予測することができる。なお、Ｋ、Ｋｉ（Ｋ１〜Ｋｍ）、ｋｉ（ｋ１〜ｋｎ）は、補数計数であって、過去の蓄積されたデータから求められた数値である。
【数４】
2010001669.tif 000006
【数５】
2010001669.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る水力発電システムの全体構成図を示す。
【図２】同実施形態に係る水力発電システムにおける、（ａ）は制御装置の全体構成図、（ｂ）は運転計画装置の全体構成図を示す。
【図３】同実施形態に係る水力発電システムにおける、濁度の経時変化図を示す。
【図４】従来における水力発電システムにおける、（ａ）は要部構成図、（ｂ）は濁度の経時変化図を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１…（第１）水力発電設備、２…（第２）水力発電設備、３…（第３）水力発電設備、４…（第４）水力発電設備、５…制御装置、６…運転計画装置、Ｘ…所定位置
【図１】
2010001669.tif 000008
【図２】
2010001669.tif 000009
【図３】
2010001669.tif 000010
【図４】
2010001669.tif 000011