(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車が回転することにより発電を行う発電機と、
複数の端子を具備し、接続する端子に応じて抵抗値が定まる温水ヒータと、
前記発電機と、前記端子とを接続可能な第１ＳＳＲと、
前記発電機とユーザ負荷とを接続可能な第２ＳＳＲと、
前記第１ＳＳＲと第２ＳＳＲとを制御するコントローラと、
前記温水ヒータが挿入される温水槽の水温を測定する温度センサーとを備え、
前記コントローラが、前記第２ＳＳＲに対し、前記発電機と前記ユーザ負荷との接続を指示した後、前記発電機の電圧値が下限値以上であれば、前記発電機に接続することにより、該発電機に接続される全負荷が該発電機の定格負荷となる前記温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値として求め、前記温度センサーで測定した前記温水槽の水温が設定温度以下の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記温水ヒータが前記算出抵抗値となる前記端子との接続を指示し、該温度センサーで測定した該温水槽の水温が設定温度以上の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、該温水ヒータが前記算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該端子との接続を指示することを特徴とするマイクロ水力発電システム。
【請求項２】
さらに、前記ユーザ負荷に流れる電流値を測定するセンサーを備え、
前記コントローラは、前記発電機の電圧値が下限値以下の場合において、前記第２ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記センサーで測定した電流値が基準値より大きい前記ユーザ負荷との切断を指示することを特徴とする請求項１のマイクロ水力発電システム。
【請求項３】
複数の請求項１又は２に記載のマイクロ水力発電システムと、
前記マイクロ水力発電システム夫々が具備する前記第２ＳＳＲを互いに接続する送電線と、
前記マイクロ水力発電システム夫々が具備する前記コントローラと接続される中央制御装置と、を備え、
複数の前記マイクロ水力発電システムのうち、前記発電機の電圧値が、前記下限値以下であるマイクロ水力発電システムである過負荷システムが存在する場合において、前記中央制御装置は、前記過負荷システムに、前記送電線と該過負荷システムに接続されている前記ユーザ負荷とを前記第２ＳＳＲにおいて接続させ、複数の前記マイクロ水力発電システムのうち、前記過負荷システム以外のマイクロ水力発電システムである通常システムに、該通常システムが具備する前記発電機と前記送電線とを前記第２ＳＳＲにおいて接続させることを特徴とする集合型マイクロ水力発電システム。
【請求項４】
水車が回転することにより発電を行う発電機と、
複数の端子を具備し、接続する端子に応じて抵抗値が定まる温水ヒータと、
前記発電機と、前記端子とを接続可能な第１ＳＳＲと、
前記発電機とユーザ負荷とを接続可能な第２ＳＳＲと、
前記第１ＳＳＲと第２ＳＳＲとを制御するコントローラと、
前記温水ヒータが挿入される温水槽の水温を測定する温度センサーと
を備えたマイクロ水力発電システムの制御方法であって、
前記第２ＳＳＲが、前記コントローラの指示により、前記発電機と前記ユーザ負荷との接続する第１接続ステップと、
前記第１接続ステップの後、前記コントローラが、前記発電機の電圧値が下限値以上であることを条件に、前記発電機に接続することにより、該発電機に接続される全負荷が該発電機の定格負荷となる前記温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値として求める算出ステップと、
前記算出ステップの後、前記コントローラが、前記温度センサーで測定した前記温水槽の水温が設定温度以下の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記温水ヒータが前記算出抵抗値となる前記端子との接続を指示し、該温度センサーで測定した該温水槽の水温が設定温度以上の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、該温水ヒータが前記算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該端子との接続を指示する第２接続ステップとを有することを特徴とするマイクロ水力発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ水力発電システムに関する。また、前記マイクロ水力発電システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、自然エネルギーを活用した発電システムは、地球環境に優しいという特徴があり、現在注目を集めている。その１つである数ｋＷ以下の発電容量であるマイクロ水力発電システムは、中山間地における活用が期待されている。それは、マイクロ水力発電システムが、中山間地に豊富な河川及び水路を利用して発電を行うことができるからである。
【０００３】
ところで、マイクロ水力発電システムには、比較的割高とされる発電コストの低減が要求されている。発電コストを低減する一つとして、使用する機材の故障を防ぎ、メンテナンスの必要性を低減することが挙げられる。その中で、前記使用する機材のうち、発電機の故障を防止するための方法として、その回転数をできるだけ定格回転数に近いものとすることで、該発電機に係る負担を低減する方法がある。例えば、特許文献１には、発電機に接続された水車に流れる水の流量を制御することにより、該発電機の回転数を制御する水力発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５４８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水車に流れる水の流量を制御するためには、電磁バルブ等可動部有する機材を従前より増加させる必要が生じる。可動部を有する機材は、劣化が進みやすく、しばしばそれを交換するメンテナンスが必要となる。そのため、特許文献１の水力発電装置をマイクロ水力発電システムに適用することには問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を鑑みなされたものであり、可動部有する機材を増加させることなく、発電機の負担を低減できるマイクロ水力発電システム、及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１のマイクロ水力発電システムは、水車が回転することにより発電を行う発電機と、複数の端子を具備し、接続する端子に応じて抵抗値が定まる温水ヒータと、前記発電機と、前記端子とを接続可能な第１ＳＳＲと、前記発電機とユーザ負荷とを接続可能な第２ＳＳＲと、前記第１ＳＳＲと第２ＳＳＲとを制御するコントローラと、前記温水ヒータが挿入される温水槽の水温を測定する温度センサーとを備え、前記コントローラが、前記第２ＳＳＲに対し、前記発電機と前記ユーザ負荷との接続を指示した後、前記発電機の電圧値が下限値以上であれば、前記発電機に接続することにより、該発電機に接続される全負荷が該発電機の定格負荷となる前記温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値として求め、前記温度センサーで測定した前記温水槽の水温が設定温度以下の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記温水ヒータが前記算出抵抗値となる前記端子との接続を指示し、該温度センサーで測定した該温水槽の水温が設定温度以上の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、該温水ヒータが前記算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該端子との接続を指示することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２のマイクロ水力発電システムは、さらに、前記ユーザ負荷に流れる電流値を測定するセンサーを備え、前記コントローラは、前記発電機の電圧値が下限値以下の場合において、前記第２ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記センサーで測定した電流値が基準値より大きい前記ユーザ負荷との切断を指示することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の集合型マイクロ水力発電システムは、複数の請求項１又は２に記載のマイクロ水力発電システムと、前記マイクロ水力発電システム夫々が具備する前記第２ＳＳＲを互いに接続する送電線と、前記マイクロ水力発電システム夫々が具備する前記コントローラと接続される中央制御装置と、を備え、複数の前記マイクロ水力発電システムのうち、前記発電機の電圧値が、前記下限値以下であるマイクロ水力発電システムである過負荷システムが存在する場合において、前記中央制御装置は、前記過負荷システムに、前記送電線と該過負荷システムに接続されている前記ユーザ負荷とを前記第２ＳＳＲにおいて接続させ、複数の前記マイクロ水力発電システムのうち、前記過負荷システム以外のマイクロ水力発電システムである通常システムに、該通常システムが具備する前記発電機と前記送電線とを前記第２ＳＳＲにおいて接続させることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４のマイクロ水力発電システムの制御方法は、水車が回転することにより発電を行う発電機と、複数の端子を具備し、接続する端子に応じて抵抗値が定まる温水ヒータと、前記発電機と、前記端子とを接続可能な第１ＳＳＲと、前記発電機とユーザ負荷とを接続可能な第２ＳＳＲと、前記第１ＳＳＲと第２ＳＳＲとを制御するコントローラと、前記温水ヒータが挿入される温水槽の水温を測定する温度センサーとを備えたマイクロ水力発電システムの制御方法であって、前記第２ＳＳＲが、前記コントローラの指示により、前記発電機と前記ユーザ負荷との接続する第１接続ステップと、前記第１接続ステップの後、前記コントローラが、前記発電機の電圧値が下限値以上であることを条件に、前記発電機に接続することにより、該発電機に接続される全負荷が該発電機の定格負荷となる前記温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値として求める算出ステップと、前記算出ステップの後、前記コントローラが、前記温度センサーで測定した前記温水槽の水温が設定温度以下の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記温水ヒータが前記算出抵抗値となる前記端子との接続を指示し、該温度センサーで測定した該温水槽の水温が設定温度以上の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、該温水ヒータが前記算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該端子との接続を指示する第２接続ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載のマイクロ水力発電システムは、コントローラが、まず第２ＳＳＲに発電機とユーザ負荷との接続を指示する。そして、コントローラは、測定した発電機の電圧値が下限値以上であれば、発電機に接続することによりそれに接続される全負荷が、その定格負荷となる温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値として求め、第１ＳＳＲに対し、発電機と、温水ヒータが算出抵抗値に基づき決定した抵抗値となる温水ヒータの端子との接続を指示し、温水ヒータが挿入されている温水槽の水温を測定する温水センサーが測定した水温が設定温度より高い場合、温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値より所定量大きい値となる温水ヒータの端子との接続を指示する。発電機は接続される負荷の大きさにより回転数が変化するが、定格負荷を接続することにより定格回転数で回転させた際に、それ自体にかかる負担が最も小さくなる。上記構成により、本マイクロ水力発電システムでは、発電機を定格回転数、又は定格回転数付近の回転数で回転させることができる。そのため、本マイクロ水力発電システムは、発電機にかかる負担を低減することができるので、その故障を抑制することができるという効果を有する。また、前記温水ヒータにおける消費電力、即ち発熱量が小さくなり、よって前記温水槽内の水の温度を低下させる、或いはその温度上昇を停止させることができる。
【００１３】
また、請求項２のマイクロ水力発電システムは、コントローラが、発電機の電圧値が下限値以下であれば、第２ＳＳＲに対し、前記発電機と、センサーが測定した流れる電流値が基準値以上のユーザ負荷とを接続の解除を指示する。発電機の電圧値が下限値以下であることは、発電機が過負荷状態にあることを意味するが、本マイクロ水力発電システムは、発電機と流れる電流が大きいユーザ負荷とを接続を解除することで、発電機を過負荷状態から脱せさせることができる。以上に基づき、本マイクロ水力発電システムは、発電機にかかる負担を低減することができるという効果を有する。
【００１５】
また、請求項３の集合型マイクロ水力発電システムは、複数の請求項１又は２の何れかに記載のマイクロ水力発電システムと、マイクロ水力発電システム夫々が具備するコントローラと接続される中央制御装置と、マイクロ水力発電システム夫々が具備する第２ＳＳＲを互いに接続している送電線とを備えている。複数のマイクロ水力発電システムのうち、発電機の電圧値が下限値以下であるマイクロ水力発電システムである過負荷システムが存在する場合において、中央制御装置は、過負荷システムに、送電線と過負荷システムに接続されているユーザ負荷とを接続させる。また、中央制御装置は、過負荷システム以外の前記マイクロ水力発電システムである通常システムに、通常システムが具備する発電機と送電線とを接続させる。以上の構成により、本集合型マイクロ水力発電システムは、過負荷システムに、通常システムより電力を供給することができるので、各マイクロ水力発電システムに接続されるユーザ負荷に安定した電力供給を行うことができる。
【００１６】
請求項４に記載のマイクロ水力発電システムの制御方法は、第２ＳＳＲが、発電機とユーザ負荷とを接続する第１接続ステップ、第１接続ステップの後にコントローラが測定した発電機の電圧値が下限値以上であることを条件として、発電機に接続することによりそれに接続される全負荷が、その定格負荷となる温水ヒータの抵抗値を算出抵抗値として求める算出ステップ、及び、前記コントローラが、前記温度センサーで測定した前記温水槽の水温が設定温度以下の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、前記温水ヒータが前記算出抵抗値となる前記端子との接続を指示し、該温度センサーで測定した該温水槽の水温が設定温度以上の場合に、前記第１ＳＳＲに対し、前記発電機と、該温水ヒータが前記算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該端子との接続を指示する第２接続ステップを有する。これにより、本マイクロ水力発電システムの制御方法では、適用されるマイクロ水力発電システムの発電機を定格回転数、又は定格回転数付近の回転数で回転させ、それにかかる負担を低減することができるので、その故障を抑制することができるという効果を有する。また、前記温水ヒータにおける消費電力、即ち発熱量が小さくなり、よって該温水槽内の水の温度を低下させる、或いはその温度上昇を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のマイクロ水力発電システムの説明図。
【図２】マイクロ水力発電システム内の温水ヒータの回路図。
【図３】マイクロ水力発電システム内のコントローラが行う制御を示すフローチャート。
【図４】集合型マイクロ水力発電システムの説明図。
【図５】集合型マイクロ水力発電システムの機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。マイクロ水力発電システム１は、数ｋＷ以下の発電容量を有する発電システムであり、取水ユニット２、ホース３、水車４、発電機５、送電線６、整流回路７、コンバータ８、インバータ９、ＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙｓ：第１ＳＳＲ）１０、（第２ＳＳＲ）１１、温水槽１２、温水ヒータ１３、温度センサー１４、センサー１５ａ乃至１５ｃ、コントローラ１６等により構成される導水式のものである。
【００１９】
取水ユニット２の図外の取水口から図外の中空部に取水された河川１９の水は、排水口２ａよりホース３ａの入口に排水される。ホース３は、耐候性を有し、支持体３ｂにより支持されつつ、水車４付近に出口３ｃが位置するように敷設され、ホース３ａから導入された水を搬送し、水車４に向けて出口３ｃより放出する。これにより、水車４は回転する。発電機５は、水車４の回転軸と接続されており、水車４が回転することにより発電を行うものであり、発電容量が数ｋＷ以下であることによりコンパクト、かつ、取り扱い易いという特徴がある。送電線６は、発電機５で発電した電力を送電する役割を担い、発電機５と、整流回路７を結ぶ。
【００２０】
整流回路７は、発電機５で発電した交流電力である電力を整流し、直流電力として、コンバータ８、及びＳＳＲ１０に送電する。コンバータ８は、整流回路７より送電された直流電力の電圧値を商用電力に相当する電圧値に変換して、インバータ９に送電する。インバータ９は、コンバータ８より送電された直流電力を、商用電力に相当する周波数の交流電力に変換して、ＳＳＲ１１に送電する。
【００２１】
ＳＳＲ１０、１１は半導体リレーであり、一般的な可動接点を有するリレーと異なり、可動部、接点がなく長寿命である。このうち、ＳＳＲ１０は、整流回路７の他、温水ヒータ１３と、コントローラ１６とに接続されおり、コントローラ１６からの制御信号により、整流回路７（発電機５）と温水ヒータ１３とを接続したり、該接続を解除したりすることができる。また、ＳＳＲ１１は、インバータ９の他、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに、センサー１５ａ乃至１５ｃを介して接続されると共に、コントローラ１６にも接続されており、コントローラ１６からの制御信号により、インバータ９とユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃを接続したり、該接続を解除したりすることができる。
【００２２】
温水槽１２には、水と共に温水ヒータ１３が挿入されている。温水ヒータ１３は、送電線６、整流回路７、ＳＳＲ１０を介し、発電機５に接続されており、整流回路７より供給される直流電力により発熱し、温水槽１２内の水を温めることに使用される。温水ヒータ１３により温度上昇した温水槽１２内の水は、ユーザ１７等が利用することができる。温水ヒータ１３は、任意にその抵抗値を設定することができる。例えば、温水ヒータ１３は、図２に示すように、端子Ｔ１乃至Ｔ８を備え、端子Ｔ１乃至Ｔ８夫々の間に抵抗Ｒ１乃至Ｒ７が一個ずつ接続されている。これにより、温水ヒータ１３は、該端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子を選択することにより、その抵抗値が定まる。例えば、端子Ｔ１と端子Ｔ２との２つの端子を選択したときの、温水ヒータ１３の抵抗値は抵抗Ｒ１の値となり、端子Ｔ１と端子Ｔ３との２つを選択したときの、温水ヒータ１３の抵抗値は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を加えたものとなる。このように温水ヒータ１３を構成した場合においては、ＳＳＲ１０の他端に温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８を接続しておき、該端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち、整流回路７を介して発電機５へ接続すべき２つの端子をＳＳＲ１０に対しコントローラ１６から指示する。ことにより、発電機５には、所望の抵抗値を有する温水ヒータ１３を接続することができる。
【００２３】
温度センサー１４は、温水槽１２内の水の温度を測定するものであり、温水槽１２内に挿入されており、測定した温度に関する情報をコントローラ１６に送る。また、センサー１５ａ乃至１５ｃは、ＳＳＲ１１と、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃとの間に夫々配設され、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに流れる電流値を夫々測定し、測定した電流値に関する情報をコントローラ１６に送る。
【００２４】
ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃは、送電線６、整流回路７、コンバータ８、インバータ９、ＳＳＲ１１、及びセンサー１５ａ乃至１５ｃを介し、発電機５に接続されるユーザ１７が保有する家電品等である。
【００２５】
コントローラ１６は、発電機５の電圧値を測定することにより発電機５に接続されている全負荷の大きさを判断し、また、温度センサー１４から情報として送られる温水槽１２内の水の温度が、予め定められている温水槽１２内の水の設定値を超えているか否か判断し、更に、センサー１５ａ乃至１５ｃから情報として送られるユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに流れる電流値が、予め設定されている基準値を超えているか否か判断する。コントローラ１６は、上記各判断に基づき、ＳＳＲ１０、１１の制御を行う。例えば、コントローラ１６は、センサー１５ａ乃至１５ｃから情報として送られるユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに流れる電流値が、予め定められている基準値を超えている場合、ＳＳＲ１１に対し、当該基準値を超える電流が流れているユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃと、発電機５との接続の切断を指示すると共に、発電機５に接続される全負荷が発電機５の定格負荷（又は、それに近い値の負荷）となる温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５との接続をＳＳＲ１０に指示する。
【００２６】
ここで、発電機５は、発電時において、定格負荷を接続することで、定格回転数で回転し、また定格回転数で回転させることにより、それ自身にかかる負担が最も小さくなるという性質を有する。マイクロ水力発電システム１においては、発電機５の負担を低減し、その故障を防ぐために、上記発電機５の性質を利用した図３に示すフローチャートに基づく制御を行う。
【００２７】
コントローラ１６は、動作を開始すると、まずＳ１（第１接続ステップ）において、ＳＳＲ１０、１１を初期状態にセットする。具体的に、コントローラ１６は、ＳＳＲ１０に対し、整流回路７と温水ヒータ１３との接続の解除を指示し、ＳＳＲ１１に対し、インバータ９とユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃとのセンサー１５ａ乃至１５ｃを介した接続を指示する。これにより、発電機５にて発電された電力は、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに供給されることになる。
【００２８】
Ｓ２において、コントローラ１６は、発電機５の電圧値を測定すると共に、温度センサー１４、及びセンサー１５ａ乃至１５ｃからの情報を読取る。この際合わせて、発電機５の電流値も測定してよい。
【００２９】
Ｓ３において、コントローラ１６は、Ｓ２において測定した発電機５の電圧値が、上限値以上であるか否かを判断する。Ｓ２において読取った発電機５の電圧値が上限値以上であった場合はＳ４へと進み、当該電圧値が上限値以下であった場合はＳ７へと進む。ここで、発電機５の電圧値は、それに接続される全負荷の大きさにより定まるため、本マイクロ水力発電システム１における場合、温水ヒータ１３と、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃとを足し合わせた負荷の大きさにより定まる。発電機５の電圧値は、それに接続される負荷が大きければ低くなり、逆に接続される負荷が小さければ高くなる。このことに従い、上記上限値とは、発電機５が無負荷状態であるかどうかの判断基準値として設けられる。
【００３０】
Ｓ４において、コントローラ１６は、Ｓ２において読取った温度センサー１４が測定した温水槽１２内の水の温度が、予め温水槽１２内の水の温度として設定されている設定温度より低いか、否か判断する。Ｓ２で読取った温度センサー１４が示す温度が前記設定温度より低い場合はＳ５へと進み、当該温度センサー１４が示す温度が前記設定温度より高い場合はＳ６へと進む。
【００３１】
Ｓ５（算出ステップ、及び第２接続ステップ）において、まず、コントローラ１６は、発電機５に接続することにより、発電機５に接続される全負荷が発電機５の定格負荷となる温水ヒータ１３の抵抗値を算出抵抗値として求める。なお、この場合においては、発電機５が無負荷状態であるので、前記算出抵抗値は発電機５の定格負荷に相当する抵抗値となる。次に、コントローラ１６は、温水ヒータ１３が算出抵抗値となる該温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５とをＳＳＲ１０に接続させる。これにより、発電機５は、定格回転数で回転するようになる。
【００３２】
Ｓ６（算出ステップ、及び第２接続ステップ）において、まず、コントローラ１６は、発電機５に接続することにより、発電機５に接続される全負荷が発電機５の定格負荷となる温水ヒータ１３の抵抗値を算出抵抗値として求める。なお、この場合においては、Ｓ５の場合と同様に、発電機５が無負荷状態であるので、前記算出抵抗値は発電機５の定格負荷に相当する抵抗値となる。次に、コントローラ１６は、設定温度より高くなっている温水槽１２内の水の温度を低下、或いは該水の温度の上昇を止めるため、温水ヒータ１３が前記算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５とをＳＳＲ１０に接続させる。これにより、温水ヒータ１３の消費電力が低下するので、それからの発熱は小さくなり、よって温水槽１２内の水は、温度低下、或いは温度上昇が停止する。
【００３３】
なお、この場合において、発電機５は、全負荷として、定格負荷に相当する抵抗値（前記算出抵抗値）より所定量大きい抵抗値である、即ち定格負荷より小さな負荷である温水ヒータ１３が接続されることになり、定格回転数より高速に回転することになる。そのため、温水ヒータ１３の抵抗値は、発電機５の全負荷に相当する抵抗値（温水ヒータ１３の抵抗値と、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに相当する抵抗値との和）と、発電機５の定格負荷に相当する抵抗値（前記算出抵抗値と、ユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃに相当する抵抗値との和）との差分値が、温水槽１２内の水の温度を低下、或いは水の温度の上昇を止めることができる範囲内で、できるだけ小さくなるように定める必要がある。例えば、温水ヒータ１３の抵抗値は、前記差分値が発電機５の定格負荷に相当する抵抗値の３０％以下の値となるように定めてよい。このようにすることにより、発電機５は、全負荷として定格負荷に近い値の負荷が接続されるので、定格回転数により近い回転数で回転することとなり、それ自身にかかる負担を低減することができる。
【００３４】
Ｓ７において、コントローラ１６は、Ｓ２において測定した発電機５の電圧値が、下限値以上であるか否かを判断する。Ｓ２において読取った発電機５の電圧値が下限値以上であった場合はＳ８へと進み、当該電圧値が下限値以下であった場合はＳ１２へと進む。ここで、接続される負荷が大きすぎると発電機５は過負荷状態となり、それ自身に大きな負担がかかってしまう。上記の通り、発電機５の電圧値は、それに接続される負荷の大きさにより定まり、上記下限値は、発電機５が過負荷状態であるかどうかの判断基準値である。
【００３５】
Ｓ８（算出ステップ）において、コントローラ１６は、発電機５に接続することにより、発電機５に接続されている全負荷が該発電機５の定格負荷となる温水ヒータ１３の抵抗値を算出抵抗値として求める。即ち、Ｓ２にて測定した発電機５の電圧値に基づき、現在発電機５に接続されている負荷の大きさを求め、それと発電機５の定格負荷を比較する。コントローラ１６は、当該比較結果により、前記算出抵抗値を求める。
【００３６】
Ｓ９において、コントローラ１６は、Ｓ２において読取った温度センサー１４が測定した温水槽１２内の水の温度が、予め温水槽１２内の水の温度として設定されている設定温度より低いか、否か判断する。Ｓ２で読取った温度センサー１４が示す温度が前記設定温度より低い場合はＳ１０へと進み、当該温度センサー１４が示す温度が前記設定温度より高い場合はＳ１１へと進む。
【００３７】
Ｓ１０（第２接続ステップ）において、コントローラ１６は、発電機５に定格負荷を接続するために、温水ヒータ１３がＳ８で求めた算出抵抗値となる該温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５とをＳＳＲ１０に接続させる。これにより、発電機５は、定格回転数で回転するようになる。
【００３８】
Ｓ１１（第２接続ステップ）において、コントローラ１６は、設定温度より高くなっている温水槽１２内の水の温度を低下、或いは該水の温度の上昇を止めるため、温水ヒータ１３がＳ８で求めた算出抵抗値より所定量大きい抵抗値となる該温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５とをＳＳＲ１０に接続させる。これにより、ヒータ１３の消費電力が低下するので、それからの発熱は小さくなり、よって温水槽１２内の水は、温度低下、或いは温度上昇が停止する。
【００３９】
なお、この場合において、発電機５は、上記Ｓ６の場合と同様に、全負荷として、定格負荷より小さな負荷が接続されることになり、定格回転数より高速に回転することになるので、温水ヒータ１３の抵抗値は、Ｓ６にて説明ように定めることが必要である。このようにすることにより、発電機５は、定格回転数により近い回転数で回転することとなり、それ自身にかかる負担を低減することができる。
【００４０】
Ｓ１２において、コントローラ１６は、Ｓ２において読取ったセンサー１５ａ乃至１５ｃが測定したユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃを流れる電流値が、予め設定されている基準値を超えていれば、発電機５と、電流値が基準値を超えているユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃとの接続の解除をＳＳＲ１１に指示する。これにより、発電機５に接続される全負荷は削減され、発電機５の過負荷状態は解消される。なお、発電機５とユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃとの接続の解除を行うことにより、発電機５に接続される全負荷が、該発電機５の定格負荷より小さくなることがあるが、Ｓ２乃至Ｓ１２の処理は繰り返し行われることに基づき、直後にコントローラ１６より、発電機５に接続される全負荷が該発電機５の定格負荷（又は、それに近い値の負荷）となる温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５との接続がＳＳＲ１０に指示される。即ち、当該状況は直後に解消される。
【００４１】
なお、上記制御は、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１０、Ｓ１１及びＳ１２の処理を終了後は、Ｓ２に戻り、繰り返し上記Ｓ２乃至Ｓ１２の処理が行われる。
【００４２】
以上説明したマイクロ水力発電システム１は、コントローラ１６が、発電機５の電圧値に基づき、発電機５に接続されている負荷の大きさを判断する。コントローラ１６は、発電機５が無負荷状態、或いは該発電機５に定格負荷以下の負荷が接続されていると判断した場合には、発電機５に定格負荷を接続できる算出抵抗値を求め、該算出抵抗値に基づき決定した抵抗値となる温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５との接続をＳＳＲ１０に対して指示する。これにより、本マイクロ水力発電システム１は、発電機５に定格負荷、若しくはそれに近い大きさの負荷を接続し、発電機５を定格回転数、若しくはそれに近い回転数で回転させることができるので、該発電機５に係る負担を低減し、その故障を抑制することができる。
【００４３】
また、マイクロ水力発電システム１は、コントローラ１６が、発電機５の電圧値が下限値以下であり、発電機５が過負荷状態であると判断した場合に、センサー１５ａ乃至１５ｃが測定した電流値が基準値以上のユーザ負荷１８ａ乃至１８ｃと発電機との接続の解除を、ＳＳＲ１１に対し指示する。これにより、本マイクロ水力発電システム１は、発電機５を過負荷状態から脱せさせることができ、該発電機５にかかる負担を低減することができるという効果も有する。
【００４４】
また、本マイクロ水力発電システム１では、ホース３を用いて取水ユニット２を用いて取水した水の搬送を行うので、金属又は樹脂製の配管を用いて水の搬送を行う場合に比べ、その敷設を容易にすることができる。また、ホース３は耐候性を有するため、メンテナンスの必要性がほとんどない。さらに、本マイクロ水力発電システム１は、発電容量が数ｋＷ以下であるため、水車４、発電機５もコンパクトに構成されており、設置、メンテナンスともに容易に行うことができ、発電コストだけでなく、導入コストも低減することができる。
【００４５】
また、本マイクロ水力発電システム１は、コントローラ１６が、温水ヒータ１３が挿入されている温水槽１２の水温を測定する温度センサー１４が測定した水温が設定温度より高い場合に、前記求めた抵抗値より所定量大きい抵抗値となる温水ヒータ１３の端子Ｔ１乃至Ｔ８のうち２つの端子と、発電機５との接続をＳＳＲ１０に対して指示する。これにより、マイクロ水力発電システム１は、温水槽１２内の水の温度が設定温度より高い場合に、温水ヒータ１３における消費電力を小さくすることで、その発熱が小さくなるので、該温水槽１２内の水の温度を低下させる、或いはその温度上昇を停止させることができ利用者の利便性も向上できる。
【００４６】
次に、上記説明したマイクロ水力発電システム１等を複数台使用した集合型マイクロ水力発電システム２０について説明する。なお、図４に例示した集合型マイクロ水力発電システム２０が適用される中山間地では、河川１９の最上流にわさび田２１が設けられている。河川１９を流れる水は、わさび田２１から流れ出る水であり、非常にきれいな水である。そのため、河川１９の水は、マイクロ水力発電システム１を用いた発電に適しているだけでなく、養魚場２２で使用する水としても適している。
【００４７】
集合型マイクロ水力発電システム２０では、２台のマイクロ水力発電システム１が設けられている。なお、以下では説明上区別するために、河川１９の上流側に設けられるマイクロ水力発電システム１は、マイクロ水力発電システム１０１と、河川１９の下流側に設けられるマイクロ水力発電システム１は、マイクロ水力発電システム２０１と、夫々表すものとする。また、図４にあらわす中山間地には、河川１９の水を利用する養魚場２２の排水を利用した水路式のマイクロ水力発電システム３０１も設けられている。なお、マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１が、夫々有するコントローラ１１６、２１６、３１６等は、養魚場２２、住居２３、集会場２４内に配置することができる。
【００４８】
マイクロ水力発電システム１０１は、図５に示すように、原則として発電機１０５にて発電した電力を、整流回路１０７、コンバータ１０８、インバータ１０９、ＳＳＲ１１１、センサー１１５ａ乃至１１５ｃを介し、養魚場２２のユーザ１１７が保有するユーザ負荷１１８ａ乃至１１８ｃ、及び整流回路１０７、ＳＳＲ１１０を介し、温度センサー１１４が取付けられた温水槽１１２に挿入される温水ヒータ１１３に供給するものである。また、マイクロ水力発電システム１０１のコントローラ１１６は、ＳＳＲ１１０、１１１、温度センサー１１４、センサー１１５ａ乃至１１５ｂに接続されている。
【００４９】
マイクロ水力発電システム２０１は、原則として発電機２０５にて発電した電力を、整流回路２０７、コンバータ２０８、インバータ２０９、ＳＳＲ２１１、センサー２１５ａ乃至２１５ｃを介し、住居２３のユーザ２１７が保有するユーザ負荷２１８ａ乃至２１８ｃ、及び整流回路２０７、ＳＳＲ２１０を介し、温度センサー２１４が取付けられた温水槽２１２に挿入される温水ヒータ２１３に電力を供給するものである。また、マイクロ水力発電システム２０１のコントローラ２１６は、ＳＳＲ２１０、２１１、温度センサー２１４、センサー２１５ａ乃至２１５ｂに接続されている。
【００５０】
マイクロ水力発電システム３０１は、原則として発電機３０５にて発電した電力を、整流回路３０７、コンバータ３０８、インバータ３０９、ＳＳＲ３１１、センサー３１５ａ乃至３１５ｃを介し、集会場２４のユーザ３１７が保有するユーザ負荷３１８ａ乃至３１８ｃ、及び整流回路３０７、ＳＳＲ３１０を介し、温度センサー３１４が取付けられた温水槽３１２に挿入される温水ヒータ３１３に電力を供給するものである。また、マイクロ水力発電システム３０１のコントローラ３１６は、ＳＳＲ３１０、３１１、温度センサー３１４、センサー３１５ａ乃至３１５ｂに接続されている。
【００５１】
さらに、集合型マイクロ水力発電システム２０は、マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１夫々が備えるＳＳＲ１１１、２１１、３１１が、送電線２５を介し、互いに接続されている。また、集合型マイクロ水力発電システム２０は、中央制御装置２６を備えており、中央制御装置２６は、制御線２７を介して、マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１夫々が有するコントローラ１１６、２１６、３１６と接続されている。なお、中央制御装置２６は、養魚場２２等に配置してよい。
【００５２】
ここで、マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１夫々のコントローラ１１６、２１６、３１６は、原則として、図３を用いて説明したとおりの制御を行う。集合型マイクロ水力発電システム２０において、コントローラ１１６、２１６、３１６の動作が図３を用いて説明した制御と異なる点は、コントローラ１１６、２１６、３１６の少なくとも１つが、過負荷状態を検知した場合である。この場合には、コントローラ１１６、２１６、３１６は、中央制御装置２６からの指示に基づき動作する。なお以下では、コントローラが過負荷状態を検知したマイクロ水力発電システムを過負荷システムといい、該コントローラが過負荷状態を検知していないマイクロ水力発電システムを通常システムということにする。
【００５３】
中央制御装置２６は、マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１が、通常システムであるか、或いは過負荷システムであるか、コントローラ１１６、２１６、３１６を制御線２７を介してモニタすることにより検知しており、過負荷システムが存在している場合において、まず、送電線２５と過負荷システムに接続されているユーザ負荷とをＳＳＲに接続させる。例えば、マイクロ水力発電システム１０１が過負荷システム、マイクロ水力発電システム２０１、３０１が通常システムであった場合、中央制御装置２６は、送電線２５と、ユーザ負荷１１８ａ乃至１１８ｃとを、コントローラ１１６を介し、ＳＳＲ１１１に接続させる。
【００５４】
次に、中央制御装置２６は、通常システムが具備する発電機と送電線２５とをＳＳＲに接続される。例えば、上記のように、マイクロ水力発電システム１０１が過負荷システム、マイクロ水力発電システム２０１、３０１が通常システムである際に、中央制御装置２６は、コントローラ２１６、３１６を介し、ＳＳＲ２１１、３１１に、マイクロ水力発電システム２０１、３０１が夫々具備する発電機２０５、３０５と、送電線２５とを、整流回路２０７、３０７、コンバータ２０８、３０８、インバータ２０９、３０９を介して接続させる。以上により、発電機２０５、３０５において発電した電力が、ユーザ負荷１１８ａ乃至１１８ｃにも供給される。なお、この際、中央制御装置２６は、コントローラ２１６、３１６に対して、ＳＳＲ２１０、３１０において、整流回路２０７、３０７と、温水ヒータ２１３、３１３との接続を解除するよう指示しても良い。このようにすることにより、発電機２０５、３０５で発電された電力を、より多くユーザ負荷１１８ａ乃至１１８ｃに供給することができる。
【００５５】
なお、集合型マイクロ水力発電システム２０においては、送電線２５を図外の連結部を介して図外の商用電力の電力系統に接続してもよい。この連結部は、制御線２７を介して中央制御装置２６にも接続される。この場合において、中央制御装置２６は、集合型マイクロ水力発電システム２０全体として、電力の不足が発生したときに、商用電力の電力系統から送電線２５に、当該不足電力に対応する電力を導く。また、中央制御装置２６は、集合型マイクロ水力発電システム２０全体として、電力の余剰が発生したときに、送電線２５から当該余剰電力に対応する電力を、商用電力の電力系統に逆潮流させることもできる。
【００５６】
以上説明した集合型マイクロ水力発電システム２０は、マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１のうち、発電機１０５、２０５、３０５の電圧値が下限値以下である過負荷システムが存在する場合において、中央制御装置２６が、過負荷システムに、送電線２５とユーザ負荷を接続させる。また、中央制御装置２６は、過負荷システム以外のマイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１である通常システムに、該通常システムが具備する発電機と送電線２５とを接続させる。以上の構成により、本集合型マイクロ水力発電システム２０は、過負荷状態となっているマイクロ水力発電システムに、他のマイクロ水力発電システムより電力を供給することができるので、各マイクロ水力発電システム１０１、２０１、３０１に接続されるユーザ負荷１１８ａ乃至１１８ｃ、２１８ａ乃至２１８ｃ、３１８ａ乃至３１８ｃに安定した電力供給を行うことができる。
【００５７】
なお、本実施の形態で示したマイクロ水力発電システム１、集合型マイクロ水力発電システム２０、その制御方法は、本発明に係るマイクロ水力発電システム、及びその制御方法の一態様にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るマイクロ水力発電システム、及びその制御方法は、中山間地における自然エネルギーを用いた発電に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  マイクロ水力発電システム
４  水車
５  発電機
１０  ＳＳＲ（第１ＳＳＲ）
１１  ＳＳＲ（第２ＳＳＲ）
１２  温水槽
１３  温水ヒータ
１４  温度センサー
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  センサー
１６  コントローラ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  ユーザ負荷
２０  集合型マイクロ水力発電システム
２５  送電線
２６  中央制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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