(57)【要約】【課題】  工期および建設コストが従来よりも格段に安価となり、維持管理も容易にでき、しかも、森林伐採も必要なく環境保全に適する既設の道路を利用した水路式発電施設を提供する。【解決手段】  水力発電所の放水口となる河川の上流に堰堤またはダムを建造して取水口を設け、その取水口から、またはその下手に設けた調整池から水力発電所の水取り入れ用の水槽に到るまで導水路を引く水力発電施設の建設において、林道の下を通したり近傍を通したりして林道に沿って導水路を敷設した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電所の放水口となる河川の上流に堰堤またはダムを建造して取水口を設け、その取水口から、またはその下手に設けた調整池から水力発電所の水取り入れ用の水槽に到るまで導水路を引く水力発電施設の建設において、林道の下を通したり近傍を通したりして林道に沿って導水路を敷設したことを特徴とする既設の道路を利用した水路式水力発電施設。
【請求項２】
水力発電所の放水口となる河川に沿って林道が設けられている上流に、その河川の水流を止める堰堤またはダムを建造して取水口を設け、その取水口から水力発電所まで圧力管の導水路を敷設し、取水口での水位による水圧で直接発電機を駆動できるように、発電機に取水口での水位の水圧での水を投入する水圧導入管を接続したことを特徴とする既設の道路を利用した水路式水力発電施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、河川の上流の取水口から発電所まで水が引かれる形式の既設の道路を利用した水路式水力発電施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本では現在使用電力量は大幅に増加し、さらに増加し続けるものと予想されている。しかし、エネルギー源として主に使用されている石油や石炭などの化石燃料の大量消費は、二酸化炭素の発生が伴い地球温暖化を加速させるし、原子力発電は安全性が問われている。しかも、これらの資源は輸入に頼る必要があるのに対して、水力発電は、二酸化炭素を発生させることなく、日本で賄えるクリーンなエネルギーであり、環境保全と安全性から重要な役割を担っている。
【０００３】
つまり、水力発電は、山々に囲まれた地形と水に恵まれた自然環境から考えて、資源の少ない日本の貴重な純国産エネルギーであるといえる。しかも、水力発電は、他の電源と比較して「非常に短い時間で発電開始（３〜５分）が可能であること」、「電力需要の変化に素早く出力調整が可能であること」、という特徴を有しているために、他の電源の省エネに貢献することにもなる。
【０００４】
現在では、大規模発電に適した地点の建設がほぼ完了し、２１世紀は中小規模の発電所の開発が中心となる。その開発可能な一般水力発電所は、約２，７００ヵ所、１，２００万キロワットあると考えられている。中小規模といっても、その平均的な出力は約４，５００キロワットで、この規模の水力発電所は４人家族で約５，０００世帯もの電気を賄うことができる。また、この電力を利用した村おこし、町おこしも注目されている。
【０００５】
水力発電の形式を構造面で分類すると次の通りである。
（１）「ダム式」  ダムにより河川をせき止め池を作り、ダム直下の発電所との落差を利用して発電する方式である。これはダムによる水没が広範に及ぶことから、自然破壊の問題が生じるだけでなくダム建設に膨大なコストがかかる。
（２）「水路式」  川の上流に低い堰堤を作って水を取り入れ、山中を抜ける長い隋道式導水路により落差が得られるところまで水を導き発電する方式である。これはダム建設に伴う水没の問題はないが、導水路の敷設に多大な労力とコストがかかり、また、山林などの伐採が伴うためにこれも環境破壊の問題は避けられない。
（３）「ダム水路式」  ダム式と水路式とを組み合わせた発電方式で、両者の特性を兼ね備えた地点に適している。各々単独方式とした場合に比べて、より大きな落差を得ることが可能となるが、（１）、（２）と同じ問題が生じることになる。
【０００６】
発電所の建設に適する場所の選定については、地図上で探した地点を基準として川の水量を継続的に測定し発電にどれだけ利用できるかを把握し、地形測量や地質調査等を行い現地の状況を詳しく把握する。次いで、これらの成果を基に水力発電の形式や発電設備のレイアウトを検討し、もっとも効果的で経済的な計画を策定する。この長い調査・設計の過程を経てから、工事開始に当たっては、地元や地権者の了解を得るとともに、事前に国・地方自治体等の各種法令に基づく申請を行い、認可を得る必要がある。既設の道路を利用した水路式発電施設においてもこれらの難関を突破する必要があるが、殊に、導水路を通す山間地が険しいときにその工事が難関となりコスト高となる。
【０００７】
導水路には、圧力管またはコンクリート溝が使用され、立地条件から普通には険しい山間部を通過して敷設されるが、工期短縮およびコスト面から難所を避けながら最短距離が求められる。この難所の調査および回避の適正判断は非常に難しく、例えばトンネル工事に予期しないトラブルや障害に遭遇し、工期および予算を狂わせることになる。また、人の踏み込みが困難な箇所であると工事ばかりでなく、維持管理が容易ではなくなる。維持管理の場合としては、導水路内面にスルマシマトビラケ等の水虫生物が付着したときそれを除去する作業が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、工期および建設コストが従来よりも格段に安価となり、維持管理も容易にでき、しかも、森林伐採も必要なく環境保全に適する既設の道路を利用した水路式発電施設を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、第１発明は、水力発電所の放水口となる河川の上流に堰堤またはダムを建造して取水口を設け、その取水口から、またはその下手に設けた調整池から水力発電所の水取り入れ用の水槽に到るまで導水路を引く水力発電施設の建設において、林道の下を通したり近傍を通したりして林道に沿って導水路を敷設したことを特徴とする既設の道路を利用した水路式発電施設を提供するものである。
【００１０】
また、第２発明は、水力発電所の放水口となる河川に沿って林道が設けられている上流に、その河川の水流を止める堰堤またはダムを建造して取水口を設け、その取水口から水力発電所まで圧力管の導水路を敷設し、取水口での水位による水圧で直接発電機を駆動できるように、発電機に取水口での水位の水圧での水を投入する水圧導入管を接続したことを特徴とする既設の道路を利用した水路式水力発電施設を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、この発明によれば、人間が開拓しやすい道筋として設けられている既存の林道の近傍に導水路を敷設するので、困難で時間が係る調査を経ずして工事を開始でき、しかも工事では険しい山林を切り開く手数が省けることはもとより、作業人員の投入、物資の輸送、安全対策等を迅速且つ容易にできるとともに、維持管理も容易となる箇所に沿って敷設することになる。しかも、大気の浄化、水資源のかん養、土砂流出防止等の機能を有する森林の保護保全を全うできる。また、建設コストや環境面から見放されていたために未だ残っている未開発河川やその地点であっても、有望な水資源として自然破壊を招くことなく有効に活用できるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
この発明では、既設の道路を利用した水路式発電施設の建設において、導水路１を林道３に沿って引くものであるが、まず、その代表的な敷設の仕方を図１ないし４において説明する。
【００１４】
図１は、林道３が山の中腹を切り開いて設けられている場合であって、崖崩れがあっても耐えうるように、山側の崖５に近い箇所において、林道３の下に導水路１を埋設した。なお、導水路１には圧力管が使用される。この工事において掘削した溝６の底には玉砂利や石を敷き詰めておくことが望ましい。また、図示しないが、崖５の下を掘削してそこに埋設しても良いことはもちろんである。いずれも、この形態では工事期間に片側通行を確保することができる利点がある。
【００１５】
図２は、なだらかな傾斜面に林道３が設けてある場合であって、林道３の真下に圧力管の導水路１を埋設した。林道３が狭いからであり、また、工事に当たってバイバスを設けることも容易であるため、道幅を全部利用した。しかし、林道３の横に設けることもできる（同図二点鎖線参照）。
【００１６】
上記図１および図２における導水路１の敷設が基本であるが、特別な地域に差しかかったとき等においては次のような工事となる場合があり得る。このように部分的に林道３から外れることがあってもこの発明の趣旨に反しないものとする。図３は、河川が流れる深い谷底に臨む固い岩石の崖５があって、その中腹に林道３が切り開かれている場合である。崖５にトンネル７を掘削して圧力管の導水路１を通した。工事のために狭い道路を封鎖できない事情があったり、圧力管１の敷設が屈曲しすぎることになる場合等に部分的に適用される。したがって、その岩壁５を通過して固い岩石がなくなる箇所では、図１、図２や次のような別の方法が適宜採られることになる。
【００１７】
図４は、盛土をして林道３が設けられている場合であって、林道３よりも低い低地に林道３に沿ってコンクリートの支持台９，９，・・を配設し、その上にコンクリート溝ブロックの導水路１を架設した。なお、溝型であると高低差がある箇所では適しない。このような導水路１の設置は従来からも有ることで、したがって、これも特殊事情により部分適用の場合である。
【００１８】
以上の導水路１の敷設工法は代表的な例であって、地形や既設の道路を利用した水路式発電施設の形式、その他の条件により様々な設計となる。
【００１９】
図５は、河川１２の縁に高い山８が背となる水路式水力発電所１０が建設され、上流の地点から発電所１０の近くまで山林を抜ける林道３が開かれている場合である。そこで、上流地点に低い堰堤１１を建造して取水口１３を設け、そこから林道３に沿って発電所１０の水槽１５まで圧力管の導水路１が敷設される。
【００２０】
林道３には場所により高低差はあるが、取水口１３よりも高くなる箇所がないように圧力管１の高さが設定されることにより、水槽１５に水が確実に供給される。ただしサイホンの原理を利用すれば可能となる。いずれにしても、水槽１５には発電所１０への取水口が設けられているので、そこから水圧管１７で落下させて発電がなされ、仕事が終わった水が放水口１９から河川１２に流される。なお、導水路１の中途に調整池４を設けることがあり、この場合は、取水口１３が調整池４にあることになる。
【００２１】
図６および図７は、河川１２に沿って林道３が走っている場合である。したがって、林道３は河川１２の傾斜に沿って順次低くなる条件である。このままでは下流に至っても水が発電能力を具備できない。しかし、導水路１の全体を圧力管とすることにより解決した。つまり、発電所１０を背にする山８に揚水管の導水路２が終点となる水槽１５を有するが、その水槽１５または貯水池の水２１が取水口１３における河川の水２２と水位Ｐが同じに保持されるようにしたものである。
【００２２】
したがって、河川１２の上流の取水口１３から山８の下の中継装置２３まで河川１２に沿って前記したように導水路１を敷設し、中継装置２３から揚水管としての導水路２が水槽１５へ立ち上がり形態に設けられる。そして、水槽１５から水圧管１７により発電所１０に落下した水が放水口１９から河川１２に戻される。なお、この場合は、導水路１が高い箇所を経ることがないので、極簡単な堰堤を設けて足りることになる。
【００２３】
図８および図９は、同じく河川１２に沿って林道３が走っているために、ほゞ河川１２に沿って導水路１を敷設した場合であるが、導水路１に圧力管を使用し、圧力管のまま水力発電所に圧力水を導入するようにしたものである。つまり、取水口１３における水位Ｐの水圧のままで発電機２５を駆動するようにした。
【００２４】
なお、河川１２にもよるが、渇水期には水不足のため、堰堤１１で安定して貯水が望めないときには導水路１としての圧力管内における水位での水圧が利用されることになる場合もあり得る。このように、発電機２５よりも上方での水位、特に取水口１３での水位Ｐを保つために、水力発電所１０内では、発電機２５に投入される水量の調節装置２７が設けられ、そこから水圧導入管２９が発電機に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態として導水路の敷設形式を示す断面図である。
【図２】他の実施形態として導水路の敷設形式を示す断面図である。
【図３】さらに他の実施形態として導水路の敷設形式を示す断面図である。
【図４】さらに他の実施形態として導水路の敷設形式を示す断面図である。
【図５】この発明の一実施形態としての既設の道路を利用した水路式発電施設の全貌を地図形式で示す説明図である。
【図６】他の実施形態としての既設の道路を利用した水路式発電施設の全貌を同じく地図形式として示す説明図である。
【図７】同実施形態の立体的説明図である。
【図８】他の実施形態としての既設の道路を利用した水路式水力発電施設の全貌を地図形式で示す説明図である。
【図９】同実施形態における発電装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｐ  水位
１、２  導水路
３  林道
４  調整池
１０  水力発電所
１１  堰堤
１２  河川
１３  取水口
１５  水槽
２５  発電機
２９  水圧導入管
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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