(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定する発電電力量算定装置であって、
既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルを記憶するモデル記憶部と、
前記水力発電設備について、水位の落差と、当該水力発電設備内の水の流量との関係を示す落差−流量関係を記憶する落差−流量関係記憶部と、
前記水力発電設備について、当該水力発電設備内の水の流量と発電効率との関係を示す流量−効率関係を記憶する流量−効率関係記憶部と、
単位時間毎の前記既設用水路の水の流量を入力データとして、前記モデルに基づいて、前記水力発電設備の取水口の領域内における水面高さの分布、及び、前記水力発電設備の放水口出口付近における水面高さの分布である前記既設用水路の水位分布を、前記単位時間毎に計算する水位計算部と、
前記水位計算部により計算された水位分布から、前記取水口の領域内の平均水面高さと前記放水口出口付近の平均水面高さの差を、前記水力発電設備の前記単位時間毎の水位落差として求め、この水位落差から前記落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる前記単位時間毎の水の流量を求め、この流量から前記流量−効率関係を参照して前記単位時間毎の発電効率を求め、これら求めた発電効率、水位落差、及び、流量に基づいて、前記水力発電設備の前記単位時間毎の発電電力量を計算する発電電力量計算部と、
を備えることを特徴とする水力発電設備の発電電力量算定装置。
【請求項２】
前記発電電力量計算部は、計算した前記単位時間毎の発電電力量を所定期間にわたって合計することにより、当該所定期間の発電電力量を計算することを特徴とする請求項１記載の水力発電設備の発電電力量算定装置。
【請求項３】
既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定する発電電力量算定方法であって、
既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルと、前記水力発電設備について、水位落差と、当該水力発電設備内の水の流量との関係を示す落差−流量関係と、前記水力発電設備について、当該水力発電設備内の水の流量と発電効率との関係を示す流量−効率関係とを予め記憶しておき、
単位時間毎の前記既設用水路の水の流量を入力データとして、前記記憶したモデルに基づいて、前記水力発電設備の取水口の領域内における水面高さの分布、及び、前記水力発電設備の放水口出口付近における水面高さの分布である前記既設用水路の水位分布を、前記単位時間毎に計算し、
前記計算した水位分布から、前記取水口の領域内の平均水面高さと前記放水口出口付近の平均水面高さの差を、前記水力発電設備の前記単位時間毎の水位落差として求め、この水位落差から前記落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる前記単位時間毎の水の流量を求め、この流量から前記流量−効率関係を参照して前記単位時間毎の発電効率を求め、これら求めた発電効率、水位落差、及び、流量に基づいて、前記水力発電設備の前記単位時間毎の発電電力量を計算する、ことを特徴とする水力発電設備の発電電力量算定方法。
【請求項４】
既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定するためのコンピュータプログラムであって、既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルを記憶するモデル記憶部と、前記水力発電設備について、水位の落差と、当該水力発電設備内の水の流量との関係を示す落差−流量関係を記憶する落差−流量関係記憶部と、前記水力発電設備について、当該水力発電設備内の水の流量と発電効率との関係を示す流量−効率関係を記憶する流量−効率関係記憶部と、を備えるコンピュータに、
単位時間毎の前記既設用水路の水の流量を入力データとして、前記モデルに基づいて、前記水力発電設備の取水口の領域内における水面高さの分布、及び、前記水力発電設備の放水口出口付近における水面高さの分布である前記既設用水路の水位分布を、前記単位時間毎に計算する処理を行わせるステップと、
計算された水位分布から、前記取水口の領域内の平均水面高さと前記放水口出口付近の平均水面高さの差を、前記水力発電設備の前記単位時間毎の水位落差として求め、
この水位落差から前記落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる前記単位時間毎の水の流量を求め、この流量から前記流量−効率関係を参照して前記単位時間毎の発電効率を求め、これら求めた発電効率、水位落差、及び、流量に基づいて、前記水力発電設備の前記単位時間毎の発電電力量を計算する処理を行わせるステップと、
を実行させることを特徴とする水力発電設備の発電電力量算定プログラム。
【請求項５】
請求項４記載のプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定するための水力発電設備の発電電力量算定装置、発電電力量算定方法、発電電力量算定プログラム及びその記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、既設用水路（例えば、農業用水路や灌漑用水路など）を利用した水力発電設備においては、次のようにして発電電力量を算定していた。すなわち、水力発電設備の水力発電機による一定期間の発電出力をＰ、水力発電機の取水口の高さと堰の下流側の水面高さとの落差をＨ、既設用水路に設けた堰の上流側から下流側に向けて一定期間に流れる水の流量データをＱsupply、水力発電機の発電効率をη、重力加速度をｇとして、Ｐ＝Ｈ×Ｑsupply×η×ｇの関係式に基づいて各期間毎の発電出力を算定するとともに、各発電量を合計することにより発電電力量を算定していた（例えば、特開平５−９１７９９号公報、特開２００４−１８０３７８号公報、特開２００５−２８５０３２号公報を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、既設用水路を利用した水力発電設備にあっては、ダム等の大規模な水力発電所と異なり、落差Ｈが小さく、既設用水路の水面形にわずかな乱れが生じても、これによるＨの変動によって水力発電機内を流れる水の流量も大きく変動するので、発電電力量への影響が大きい。これに対して従来の算定方法では、水面形の乱れによるＨの変化を考慮することなくＰを直接Ｑsupplyに基づいて算定していたので、発電電力量を正確に算定することができなかった。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、発電電力量を正確に算定することが可能な既設用水路を利用した水力発電設備における発電電力量算定装置、発電電力量算定方法、発電電力量算定プログラム及びその記録媒体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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定する発電電力量算定装置であって、既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルを記憶するモデル記憶部と、前記水力発電設備について、水位の落差と、当該水力発電設備内の水の流量との関係を示す落差−流量関係を記憶する落差−流量関係記憶部と、前記水力発電設備について、当該水力発電設備内の水の流量と発電効率との関係を示す流量−効率関係を記憶する流量−効率関係記憶部と、単位時間毎の前記既設用水路の水の流量を入力データとして、前記モデルに基づいて、前記水力発電設備の取水口の領域内における水面高さの分布、及び、前記水力発電設備の放水口出口付近における水面高さの分布である前記既設用水路の水位分布を、前記単位時間毎に計算する水位計算部と、前記水位計算部により計算された水位分布から、前記取水口の領域内の平均水面高さと前記放水口出口付近の平均水面高さの差を、前記水力発電設備の前記単位時間毎の水位落差として求め、この水位落差から前記落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる前記単位時間毎の水の流量を求め、この流量から前記流量−効率関係を参照して前記単位時間毎の発電効率を求め、これら求めた発電効率、水位落差、及び、流量に基づいて、前記水力発電設備の前記単位時間毎の発電電力量を計算する発電電力量計算部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
以上の構成によれば、既設用水路の水面形の乱れによる落差の変化を考慮した上で発電電力量を算定するので、既設用水路を利用した水力発電設備において、発電電力量を正確に算定することが可能となる。
【０００７】
また、本発明において、前記発電電力量計算部は、計算した前記単位時間毎の発電電力量を所定期間にわたって合計することにより、当該所定期間の発電電力量を計算することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定する発電電力量算定方法であって、既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルと、前記水力発電設備について、水位落差と、当該水力発電設備内の水の流量との関係を示す落差−流量関係と、前記水力発電設備について、当該水力発電設備内の水の流量と発電効率との関係を示す流量−効率関係とを予め記憶しておき、単位時間毎の前記既設用水路の水の流量を入力データとして、前記記憶したモデルに基づいて、前記水力発電設備の取水口の領域内における水面高さの分布、及び、前記水力発電設備の放水口出口付近における水面高さの分布である前記既設用水路の水位分布を、前記単位時間毎に計算し、前記計算した水位分布から、前記取水口の領域内の平均水面高さと前記放水口出口付近の平均水面高さの差を、前記水力発電設備の前記単位時間毎の水位落差として求め、この水位落差から前記落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる前記単位時間毎の水の流量を求め、この流量から前記流量−効率関係を参照して前記単位時間毎の発電効率を求め、これら求めた発電効率、水位落差、及び、流量に基づいて、前記水力発電設備の前記単位時間毎の発電電力量を計算する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定するためのコンピュータプログラムであって、既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルを記憶するモデル記憶部と、前記水力発電設備について、水位の落差と、当該水力発電設備内の水の流量との関係を示す落差−流量関係を記憶する落差−流量関係記憶部と、前記水力発電設備について、当該水力発電設備内の水の流量と発電効率との関係を示す流量−効率関係を記憶する流量−効率関係記憶部と、を備えるコンピュータに、単位時間毎の前記既設用水路の水の流量を入力データとして、前記モデルに基づいて、前記水力発電設備の取水口の領域内における水面高さの分布、及び、前記水力発電設備の放水口出口付近における水面高さの分布である前記既設用水路の水位分布を、前記単位時間毎に計算する処理を行わせるステップと、計算された水位分布から、前記取水口の領域内の平均水面高さと前記放水口出口付近の平均水面高さの差を、前記水力発電設備の前記単位時間毎の水位落差として求め、この水位落差から前記落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる前記単位時間毎の水の流量を求め、この流量から前記流量−効率関係を参照して前記単位時間毎の発電効率を求め、これら求めた発電効率、水位落差、及び、流量に基づいて、前記水力発電設備の前記単位時間毎の発電電力量を計算する処理を行わせるステップと、を実行させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の記録媒体は、上記プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【００１１】
＜関連文献とのクロスリファレンス＞
本願は、２００６年７月２０日付けで出願した日本国特願２００６−１９８６４６号に基づく優先権を主張する。この文献を本明細書に援用する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における発電電力量算定装置のブロック構成図である。
【図２】水力発電機の落差−流量関係を示すグラフである。
【図３】水力発電機の流量−効率関係を示すグラフである。
【図４】水力発電機の単位時間毎の発電電力量を示すグラフである。
【図５Ａ】既設用水路内の水位分布の計算例を示す図（その１）である。
【図５Ｂ】既設用水路内の水位分布の計算例を示す図（その２）である。
【図５Ｃ】既設用水路内の水位分布の計算例を示す図（その３）である。
【図６Ａ】既設用水路を格大して示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＹ−Ｚ平面図である。
【図７Ａ】図６Ａ，図６Ｂに示す既設用水路内の水位分布を示す図（その１）である。
【図７Ｂ】図６Ａ，図６Ｂに示す既設用水路内の水位分布を示す図（その２）である。
【図７Ｃ】図６Ａ，図６Ｂに示す既設用水路内の水位分布を示す図（その３）である。
【図７Ｄ】図６Ａ，図６Ｂに示す既設用水路内の水位分布を示す図（その４）である。
【図８】水力発電機の流量データと流量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態における発電電力量算定装置のブロック構成図、図２は水力発電機落差−流量関係を示すグラフ、図３は水力発電機の流量−効率関係を示すグラフ、図４は水力発電機の単位時間毎の発電電力量を示すグラフ、図５Ａ〜図５Ｃは既設用水路内の水位分布の計算例を示す図、図６Ａ，図６Ｂは既設用水路の一例の拡大図、図７Ａ〜図７Ｄは図６Ａ，図６Ｂの既設用水路内の水位分布を示す図、図８は水力発電機の流量データと流量の関係を示すグラフである。なお、図５Ａ〜図５Ｃは、それぞれ図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応する時点での水位分布を示している。また、図６Ｂは図６ＡのＹ−Ｚ平面図を示し、図７Ａ〜図７Ｄは水位分布の経時的変化を示している。
【００１５】
図１に示す発電電力量算定装置１００は、既設用水路を利用した水力発電設備の発電電力量を算定する装置であってコンピュータにより構成され、モデル記憶部１０と、落差−流量関係記憶部２０と、流量−効率関係記憶部３０と、水位計算部４０と、発電電力量計算部５０と、を備えている。水位計算部４０及び発電電力量計算部５０は、コンピュータがハードディスク等の外部記憶装置に記録された所定のプログラムをメモリに読み出して実行することにより実現され、また、モデル記憶部１０及び落雷−流量関係記憶部２０は等の外部記憶装置上に構築される。なお、上記外部記憶装置はコンピュータに内蔵されていてもよいし、ネットワーク等を介して接続されていてもよい。また、上記プログラムは、例えば、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記憶媒体に記憶されて外部記憶装置にインストールされることとしてもよいし、ネットワーク配信されて外部記憶装置にインストールされることとしてもよい。
【００１６】
モデル記憶部１０は、既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表す二次元モデルを記憶する。水力発電設備は、既設水路に設けられた堰（例えば、図５Ａ〜図５Ｃ，図６Ａ，図６Ｂ，図７に示すクランク型の堰など）と、この堰の上流側に設けられた水力発電機（例えば、水車やイームル工業株式会社製の水中タービンなど）と、を備えたものであり、水力発電機内を流れる水（水中タービンの場合は、その水車部を流れる水）の流量Ｑ発電機は、既設水路を流れる水の流量Ｑsupplyの影響を直接受けて増減変動する（例えば、図８参照）。なお、図４〜図８には、既設用水路に２台の発電機１，２を設けた場合について例示している。
【００１７】
落差−流量関係記憶部２０は、上記水力発電設備について、水位の落差Ｈと、当該水力発電設備内の水の流量Ｑ発電機との関係を示す落差−流量関係（例えば、図２参照）を記憶する。落差Ｈは、例えば、水力発電機の取水口の水位と堰下流側の水位との差を意味する（図６Ｂ参照）。なお、落差−流量関係は、発電機１，２の特性に応じて異なるものである。
【００１８】
流量−効率関係記憶部３０は、水力発電設備内の水の流量Ｑ発電機と発電効率ηとの関係を示す流量−効率関係（例えば、図３参照）を記憶する。この落差−効率関係は、落差−流量関係と同様、発電機１，２の特性に応じて異なる。
【００１９】
水位計算部４０は、単位時間毎の既設用水路を流れる水の流量Ｑsupplyを入力データとして、モデル記憶部１０で記憶された二次元モデルに基づいて、例えば差分法解析により既設用水路の単位時間毎の水位分布（詳しくは、水力発電機の取水口の領域内の水面高さの分布、及び、放水口出口付近の水面高さの分布）を計算する（例えば、図５Ａ〜図５Ｃ，図６Ａ，図６Ｂ，図７参照）。
【００２０】
発電電力量計算部５０は、水位計算部４０により計算された水位分布から水力発電設備の単位時間毎の水位落差Ｈを求める。その際、水力発電機の取水口の水位は、取水口の領域内の平均水面高さとし、他方、堰下流側の水位は、放水口出口付近の平均水面高さで評価する。
【００２１】
次いで、発電電力量計算部５０は、この水位落差Ｈから落差−流量関係記憶部２０で記憶された落差−流量関係を参照して、当該水力発電設備内を流れる単位時間毎の水の流量Ｑ発電機を求める（例えば、図２参照）。さらに、発電電力量計算部５０は、この流量Ｑ発電機から流量−効率関係記憶部３０で記憶された流量−効率関係を参照して単位時間毎の発電効率ηを求める（例えば、図３参照）。発電電力量計算部５０は、これら求めた発電効率η、水位落差Ｈ、及び流量Ｑ発電機に基づいて、水力発電設備の単位時間毎の発電電力量を計算し（例えば、図４参照）、さらにこの発電電力量を所定期間にわたって合計することにより、当該所定期間の発電電力量を計算する。なお、以上の計算は、発電機１，２それぞれについて行うこととし、両者の合計値をもって水力発電設備の発電電力量とする。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態の発電電力量算定装置１００は、発電電力量をＱsupplyに基づいて直接を算定するのではなく、水力発電設備内を流れる単位時間毎の水の流量Ｑ発電機に基づいて算定するものである。すなわち、発電電力量算定装置１００は、前述した二次元モデルを用いた差分法解析によりＱsupplyから水位分布を求め、この水位分布からＨを求めるとともに、さらにＨからＱ発電機、Ｑ発電機からηを順に求め、その上で前述したＰ＝Ｈ×Ｑsupply×η×ｇの関係式に基づいて単位時間毎の発電電力量を算定するものである。従って、発電電力量算定装置１００によれば、既設用水路の水面形の乱れによる落差の変化を考慮した上で発電電力量を算定することになるので、既設用水路を利用した水力発電設備において、発電電力量を正確に算定することが可能となる。
【００２３】
なお、本発明において、前述した二次元モデル（発電設備の設置位置など）を自動的に変化させながら繰り返し発電電力量を算定し、その発電電力量が最大となる水力発電設備の配置・水路構造を最適な設計として選定できるようにしてもよい。
【００２４】
また、上記実施形態では、モデル記憶部１０に、既設用水路と、この既設用水路に設けられた水力発電設備とを表すモデルとして二次元モデルを記憶するものとしたが、これに限らず、三次元あるいは一次元のモデルを記憶し、このモデルに基づいて上記実施形態と同様の処理を行うこととしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、既設用水路を利用した水力発電設備において、発電電力量を正確に算定することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  モデル記憶部
２０  落差−流量関係記憶部
３０  流量−効率関係記憶部
４０  水位計算部
５０  発電電力量計算部
１００  発電電力量算定装置
【図１】
0005312625.tif 000002
【図２】
0005312625.tif 000003
【図３】
0005312625.tif 000004
【図４】
0005312625.tif 000005
【図５Ａ】
0005312625.tif 000006
【図５Ｂ】
0005312625.tif 000007
【図５Ｃ】
0005312625.tif 000008
【図６Ａ】
0005312625.tif 000009
【図６Ｂ】
0005312625.tif 000010
【図７Ａ】
0005312625.tif 000011
【図７Ｂ】
0005312625.tif 000012
【図７Ｃ】
0005312625.tif 000013
【図７Ｄ】
0005312625.tif 000014
【図８】
0005312625.tif 000015