(57)【要約】【課題】ダムを用いることなく、設備コストや運転コストが比較的安価で、安定した発電量を確保し得る水力発電システムを提供する。【解決手段】河川等の近傍に貯水槽と所定深さの放水用ピットとを設け、貯水槽内の水を放水用ピットの底部付近に自然放水させる放水管と、放水された水を放水用ピットの底部から河川等の下流まで、重力により自然流出させる排水路とを配し、放水管の管路内に発電用タービンを配設して、貯水槽水面から放水管底部までの落差による水の重力エネルギーを利用して発電を行なう。また、サイフォンの原理を用いて、貯水槽水面より高い位置にあるタービンに給水する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川又は湖沼からの取水地点の近傍に、貯水槽と所定深さの放水用ピットとを設け、
前記貯水槽内の水を前記放水用ピットの底部付近に自然放水させる放水管と、
この放水された水を、前記放水用ピットの底部から前記河川の下流又は前記湖沼から流出する河川の下流まで、重力により自然流出させる排水路とを配し、
かつ前記放水管の管路内に発電用タービンを配設して、
前記の河川又は湖沼の水を前記貯水槽内に導入して所定の水位を維持するとともに、この水位から前記放水管底部までの落差による水の重力エネルギーを利用して、前記発電用タービンにより発電を行なうことを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
前記発電用タービンを前記貯水槽の水面より高い位置に設置するとともに、前記放水管を、前記貯水槽から前記タービン入口まで揚水する部分と該タービン出口から前記放水用ピットの底部付近まで放水する部分とにより構成し、これらの全放水管路を機密にして、サイフォンの原理により前記発電用タービンに給水することを特徴とする請求項１記載の水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダムを用いることなく、比較的簡易な設備で水の落差を確保して、発電タービンへのエネルギー供給を可能にする水力発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電は、大規模なものでは、ダムを設けて高落差からのエネルギーで発電しているが、ダム建設にあたり、環境破壊や巨額な建設コストが問題になっている。一方、小規模な水力発電の代表的なものとして、水車による発電がある。水車発電は、流水の状態が季節や天候の影響を受け、発電量が安定しないという問題がある。また、発電量増大のため水車をスケールアップすることにも、構造上限界があり、大規模発電には不向きである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
水力発電において、従来の技術はコスト高や、発電量の不安定さなどに問題があり、火力発電や原子力発電に置き換えられてきた。しかし、火力発電は地球温暖化の問題があり、原子力発電は安全性や燃料廃棄物等の問題があって、いずれもその前途は明るいものではない。そのため、近年地熱発電、風力発電、潮力発電等の自然のエネルギーを利用する発電方法に力が注がれているが、いずれも利用可能なエネルギーの量が少なく、発電コストが高いという問題が残されている。
【０００４】
したがって、水力発電を見直して、巨大なダムを建設することなく、かつ小規模発電でも比較的効率の良い発電方法を追求することは、緊急の課題であると言える。そこで、本発明は、従来の水力発電の大規模なダム方式や小規模な水車方式の欠点を取り除き、設備コストや運転コストが比較的安価で、かつ安定した電力を供給し得る水力発電システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の水力発電システムは、
河川又は湖沼からの取水地点の近傍に、貯水槽と所定深さの放水用ピットとを設け、
前記貯水槽内の水を前記放水用ピットの底部付近に自然放水させる放水管と、
この放水された水を、前記放水用ピットの底部から前記河川の下流又は前記湖沼から流出する河川の下流まで、重力により自然流出させる排水路とを配し、
かつ前記放水管の管路内に発電用タービンを配設して、
前記の河川又は湖沼の水を前記貯水槽内に導入して所定の水位を維持するとともに、この水位から前記放水管底部までの落差による水の重力エネルギーを利用して、前記発電用タービンにより発電を行なうことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、所定の水量と落差を維持できるため、安定した発電量を確保できる。また、土木工事としては、放水用ピットや排水路を建設すればよく、大規模なダム工事に比較すれば、建設コストは大幅に低減される。したがって、本発明の方法は、送電線のない地域において、電力需要設備の近くに設置する水力発電システムとして好適である。
【０００７】
また、上記のシステムにおいては、前記発電用タービンを前記貯水槽の水面より高い位置に設置するとともに、前記放水管を、前記貯水槽から前記タービン入口まで揚水する部分と該タービン出口から前記放水用ピットの底部付近まで放水する部分とにより構成し、これらの全放水管路を機密にして、サイフォンの原理により前記発電用タービンに給水するように構成してもよい。
【０００８】
放水管内に水が充満していれば、発電用タービンがどの位置に設けられていても（サイフォンの原理により給水する場合でも）、貯水槽の水位から放水管底部までの落差に相当する水の重力エネルギーを発電に利用することができる。したがって、上記のように構成することにより、発電用タービンを地上に建設することが可能になり、設備コストを節減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。この発電システムでは、河川１から導水管２により貯水槽３に水を導入して、所定の水位が保たれるように貯水する。貯水槽３に近接して、地下に所定深さの放水用ピット４を設ける。このピット４の深さは、水の落差をどの程度確保するかに依るが、通常は貯水槽の水面から十数〜数十メートルとする。
【００１０】
また、貯水槽３の水を放水用ピット４の底部付近に重力により自然放水する放水管５を配し、かつ放水された水を河川１の下流に、重力で自然流出させる排水路６を設ける。排水路６は、トンネル、埋設管、開溝等のいずれでもよく、これらを組み合わせて排水路６を形成してもよい。河川の勾配の比較的大な流域であれば、排水路６の長さは、数百メートル乃至１キロメートル程度で、必要な水の落差を確保することができる。
【００１１】
放水管５の管路の途中に、タービン７とこれに連結して発電機８を配設する。放水管５内に水が充満した状態であれば、水流の落下による加速度の影響を受けることはない。したがって、タービン７の位置如何にかかわらず、原理的には貯水槽３の水面から放水管５の底部までの落差に相当する水の重力エネルギーを発電に利用することができる。また、放水管５内に水が充満した状態を確保するために、放水管５の下端を水封してもよい。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態の他の例を示す斜視図である。この発電システムでは、タービン７が貯水槽３の水面より高い位置に設置されている。また、放水管が、貯水槽３からタービン７入口まで揚水する部分５ａと、タービン７の出口から放水用ピット４の底部付近まで放水する部分５ｂとから構成されている点以外は、図１のシステムの構成と同様である。
【００１３】
上述のように、タービンが貯水槽の水面より高い位置にあっても、放水管５の管路を機密にして、その中を水が充満した状態で流れるようにすれば、サイフォンの原理を利用して、タービン７に給水することが可能であり、かつ貯水槽水面から放水管底部までの落差のエネルギーを発電に利用可能なことも図１の場合と同様である。これにより、タービン７や発電機８を地上に設置することが可能になり、設備費の低減を図ることができる。なお、レイアウトの都合上、タービンの位置が貯水槽水面より低くても、サイフォンの原理を利用して給水した方が良い場合もある。
【００１４】
図３は、サイフォン方式の場合の放水管の上部構造の例を示す断面概要図である。この図に基づいて、起動時の手順を説明すると、貯水槽３に貯水された状態で、仕切弁１１を閉じ、給水弁９ａを開いて給水槽１０及び放水管５ａに水を充満させる。同時に給水弁９ｂも開き、タービン７より下部の放水管５ｂにも水こを充満させる。
【００１５】
この際、放水管５ｂの下端を水封しておく。仕切弁１１が閉じられており、放水管路が機密であれば、放水管５ｂ内の水が流下することはない。
この状態から、仕切弁１１を開にすれば、サイフォンの原理で水は勢い良く流下し、タービン７と発電機８により発電が行われる。
【００１６】
なお、上記の例では、放水管５から放水された水は、排水路６により河川の下流に流出させる構成であるが、川床の地盤内部の滲透性が良い場合には、大部分の水が放水用ピット底部の川床に滲透するので、排水路の流量を少なくするか、或いは排水路を省略することも可能である。また当然ながら、本発明のシステムは高所にある湖沼にも適用でき、その際サイフォン方式でタービンに給水すれば、貯水槽を省略し得る場合もある。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、設備コストや運転コストが比較的安価で、かつ安定した電力を供給し得る水力発電システムを提供することが可能になった。本発明は、送電線のない地域において、電力需要設備の近くに設置する水力発電システムとして好適である。
また、サイフォンの原理を用いる本発明のシステムでは、タービン及び発電機の設置位置を制約なく自由に選択することができ、かつ湖沼等から直接取水することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の他の例を示す斜視図である。
【図３】サイフォン方式の場合の放水管の上部構造の例を示す断面概要図である。
【符号の説明】
１  河川
２  導水管
３  貯水槽
４  放水用ピット
５，５ａ，５ｂ  放水管
６  排水路
７  タービン
８  発電機
９ａ，９ｂ  給水弁
１０  給水槽
１１  仕切弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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