小水力発電
小水力発電

マイクロ水力発電システムは「未来の水車」～設置工事期間の短縮事例のご紹介～
株式会社 DK-Power

安井 義貴・武田 暁
1

イクロ水力発電の導入を進めることで，再生可はじめに能エネルギーの普及拡大へ当社は貢献したいと考えている．

再生可能エネルギーの導入は，国の地球温暖マイクロ水力発電の導入先として，上水道施化対策計画にも取り上げられている優先すべき設が考えられる．上水道施設での水の流れのイ課題である．再生可能エネルギーの中でも，水メージを第 1 図に示す．ダムなどの水源で取水力発電は安定供給性に優れたエネルギー供給源

された水は浄水場に送られ，浄水処理されたのとして重要視されており，今後の普及拡大が期ちに調整池・配水池を経て家庭や工場などの需待されている．

要家に配水される．水は施設の高低差やポンプ株式会社 DK-Power（以下，当社とする）による圧力エネルギーによって送られる．水のは，ダイキン工業株式会社が開発したマイクロ

圧力エネルギーは配水池などで大気開放される

水力発電システムを用いて発電事業を行うため際に失われており，この大気開放される水の圧に 2017 年 6 月 7 日に設立された．当社のマイク

力エネルギーを利用した発電が可能である．

ロ水力発電システムには，ダイキン工業株式会

水力発電の発電ポテンシャルは流量と有効落社のモータ・インバータ技術が活かされており，差によって決定される．経済産業省が上水道施高効率な発電が可能である．

設における流量・落差条件を調査した結果⑴をマイクロ水力発電とは出力 100 kW 以下の小

みると，上水道施設においては最大使用水量 1.0

規模な水力発電を指す．当社の高効率なマイク

m3/s 以下，有効落差 10 m 超の地点が多く，マロ水力発電システムを用いることで，このようイクロ水力発電の導入に適している．

な小規模な水力発電も実現できるようになっ

本稿では，当社のマイクロ水力発電システムた．大規模な水力発電だけでなく，小規模なマの特長を紹介するとともに，当社システムの特導水

水源

自然流下調整池
着水井

P

配水池

送水ポンプ Pポンプ
加圧浄水施設
導水管ポンプ
加圧配水池

自然流下配水池
送水管

第1図

2

配水・給水

送水

自然流下

ダム・貯水池

河川・湖
地下水

浄水場内

減圧弁

住宅，ビル
配水管

上水道施設での水の流れのイメージ
電気計算

2018.8マイクロ水力発電システムは「未来の水車」〜設置工事期間の短縮事例のご紹介〜

長を活かして工事期間を短縮して導入することンが不要となっている．この構造により，大幅ができた事例について，あまり公開されることな小形化を実現できており，一般的なマイクロのないマイクロ水力発電システムの設置工事の水力発電システムと比較すると，設置面積が約内容を中心に紹介する．

1/2 と非常に小さい．
また，一般的なマイクロ水力発電システムは，当社のマイクロ水力発電システ
ムの特長

設置条件ごとに水車設計を行い，ガイドベーン

当社のマイクロ水力発電システムは，「縦型のマイクロ水力発電システムは，水道用の汎用インラインポンプ逆転水車」，「永久磁石同期発ポンプを水車部分に利用するポンプ逆転水車方電機」，「発電機一体型発電コントローラ」，「シ式を採用し，インバータによるトルク・回転数ステム制御盤」で構成されている．当社のマイ制御で発電効率を高めている．ガイドベーンがクロ水力発電システムの構成を第 2 図に示す．

ないシンプルな構造であるため，初期の機器コ2などの複雑な機構で水流を調整していた．当社

水流により水車ランナが回転し，ランナとストを抑えることができる．

同軸の永久磁石同期発電機が回転して発電す

3る．水車の上部に載せた発電機一体型発電コ
ントローラの冷却に，発電に使う流水と水車前

マイクロ水力発電システムの導入の流れ後の水圧差を利用した水冷方式を採用している

発電開始までの導入の流れについて第 3 図にため，従来必要であった空冷用のファンやフィ示す．こちらは，2017 年度の導入事例のスケ

発電機一体型発電コントローラ（交流→直流）永久磁石同期発電機
水冷配管

商用電源

水の流れ

水の流れ

システム制御盤（系統連系インバータ）（直流→交流）縦型インライン
ポンプ逆転水車
第2図23456

マイクロ水力発電システムの構成

2017789

詳細設計

1112

電気計算

2018.83

機器搬入～工事
系統連系など
設備認定
申請～認定

生産，部材調達，出荷検査
第3図

1

試運転

～ 水道事業者との協議 ～・マイクロ水力発電システム構成
・システム運用内容，非常時の対応
・工事内容，工事日程，試運転内容

10

2018
2

☆
発電

発電開始までの導入の流れ

3

小水力発電ジュールを示しており，2017 年 3 月に水道事

当社のマイクロ水力発電システムは従来のも業者と具体的な話を始めてから，1 年間というのと比べて設置面積が約 1/2 と非常に小さいた

短期間で発電を開始することができた．

め，上水道施設内に既存の地下ピットがあればまず，導入先の水道事業者と協議しながら，設置可能である．上水道施設内にある既存の地水運用に影響を及ぼさないマイクロ水力発電シ

下ピットにマイクロ水力発電システムを設置しステムの構成や運用方法を決めていく．協議のた様子を第 4 図に示す．この事例では設置工事結果を元に詳細設計を行い，部品の手配を開始の期間は約 2 か月であった．

する．部品の手配を開始してから約 5 か月で現場への納品が可能となる．
固定価格買取制度を利用して売電を行うためには，経済産業省から設備認定（法令で定める認定基準に適合しているかどうか国が確認すること）を受ける必要がある．設備認定を得るには，電力会社との接続契約が結ばれていることが条件となるため，まずは電力会社に連系申込を行う．申請から認定完了までには，経済産業省や電力会社と申請内容の確認のやり取りが生じる可能性があるので，期間としては 2〜3 か月程度をみておく必要があり，この事例では約3 か月を要した．

第4図

既存の地下ピットにマイクロ水力発電システムを設置した様子

一方で既存の建屋や地下ピットにマイクロ水現場で施工を開始してから約 2 か月で工事を力発電システムを設置することが難しいケース

完了し，約 2 週間の試運転調整の後に発電を開も存在する．この理由を配水池に流入する水の始した．このように短期間で発電開始するため量を調整するために設けられた電動弁で圧力エには，工事期間を短縮する施工上の工夫をいろ

ネルギーを消費する代わりにマイクロ水力発電いろと行っている．その中の代表的なものにつシステムで発電するケースを例に説明する．既

いて 4．で説明する．

存の管路の配管系統のイメージ図を第 5 図に示4⑴マイクロ水力発電システムの設置工事期間の短縮について

マイクロ水力発電システムを設置する地下ピットにプレハブ工法を採用

す．通常，流量計と流量調整弁が設けられた管路（第5図における①の管路）で送水されており，これらの機器をメンテナンスする場合に備えて，通常は水が流れないバイパス管路（第 5 図における②の管路）が備えられている．

【背景】

バイパス電動弁

マイクロ水力発電システムと電動弁，流量計②などの付帯機器は，耐候性の問題により，屋外に露出させて設置することができないため，建屋や地下ピットの中に設置する必要がある．
一般的に，こうした発電システムを設置する場合は，建屋や地下ピットを新設することが多いため，マイクロ水力発電システムの設置には半年から 1 年かかるといわれている．しかし，
4① FI
水の流れ流量計

MM
流量調整弁
既設地下ピット

第5図既存の管路の配管系統のイメージ図

流量計や流量調整弁が設けられている既設の電気計算

2018.8マイクロ水力発電システムは「未来の水車」〜設置工事期間の短縮事例のご紹介〜

管路にマイクロ水力発電システムを設置する場するためにレジンコンクリート注 1）を採用する

合，配管や流量計，流量調整弁を一度取り外す場合が多い．プレハブ工法は現場打ち工法と比必要がある．これらの機器を取り外す間，送水較すると，材料費は高くなるが，工事期間の大を長時間停止すると水運用に支障をきたしてし幅な短縮が見込めるため，材料費と工事費を合まう．水運用の都合上，長時間送水を停止できわせたトータルコストは現場打ち工法よりも安ない場合，既存の流量計や流量調整弁を取り外くなる．

した場所にマイクロ水力発電システムを設置することは難しい．
バイパス管路は通常の水運用に使用されていないので，バイパス管路へのマイクロ水力発電

現場打ち工法の地下ピットとプレハブ工法の地下ピットの比較

第1表

評価項目

現場打ち工法の プレハブ工法の地下ピット
地下ピット

工事品質

○△
工場生産である作業条件によっため品質管理がて変化容易

システムの導入工事は比較的容易である．しかし，バイパス管路は通常は使用しないので，地下ピットの外側である地面の下に埋設されていることが多い．したがって，バイパス管路にマイクロ水力発電システムを設置する場合は，新たに地下ピットを設けることが多くなる．マイクロ水力発電システムを設置するために新設地工事期間トータルコスト（材料 + 工事費）

約1か月以上

×○
約2〜5日

△

◎

下ピットを設けた配管系統のイメージ図を第 6

プレハブ工法の地下ピットを採用する際の制図に示す．地下ピットの新設となると，掘削，約条件として，「現場に輸送するために車両の型枠設置，コンクリート打設，養生といったよ荷台に積載する必要があること」と，「掘削しうに多くの工程を経ることとなり，工事期間がた場所にクレーン等で吊り下ろす必要があるこ延びてしまうという課題があった．と」が挙げられる．地下ピットが大きいと，荷新設地下ピット
水車発電流量計 システム 流量調整弁

GFIMT台に入らず，かつ重いので吊り下ろすことができない．したがって，プレハブ工法の地下ピットはできるだけ小さくする必要がある．
一般的なマイクロ水力発電システムは排気ファンを用いた空冷方式であるため，排熱は地FI

M

流量計

流量調整弁
既設地下ピット

第6図

マイクロ水力発電システムを導入した配管
系統のイメージ図【プレハブ工法の活用】

下空間に排出される．小さい地下ピットは熱容量が小さく，熱がこもりやすい．空間の温度上昇を抑えるためには，外へ熱を逃がすための容量の大きい排気ファンを付けざるを得なくなり，プレハブ工法で導入する際のコストメリットが得られにくかった．当社のマイクロ水力発電システムは水冷方式を採用しているため，地新たに地下ピットを設ける場合，現場打ちコ下ピット内への熱の排出がないので，容量の大ンクリートで築造する現場打ち工法と，工場できい排気ファンが不要となり，プレハブピットコンクリート構造物を製造し，現場に持ち込むを活用することができた．

プレハブ工法の 2 種類がある．現場打ち工法の【施工事例】

地下ピットとプレハブ工法の地下ピットの比較

プレハブ工法の地下ピットを採用した施工事を第 1 表に示す．プレハブ工法は，強度を担保例を示す．マイクロ水力発電システムと，電動電気計算

2018.85小水力発電

弁，流量計などの付帯機器を新たに設置するた材を計画の位置に設置する．地下ピットの底面めには，幅 2 000 mm × 奥行 4 000 mm × 高さ部分を設置した様子を第 8 図に示す．奥側がマ2 000 mm 程度の地下ピットが必要である．こイクロ水力発電システムと流量計を格納する第の施工事例の設置場所は，重機の進入スペース一の地下ピットで，手前側が電動弁を格納するが狭いため，16 t ラフタークレーンが作業場所第二の地下ピットである．

から約 9 m 離れた位置までしか侵入することができなかった．
このような厳しい設置条件においても，マイクロ水力発電システムと流量計を格納する第一の地下ピットと電動弁を格納する第二の地下ピットに分割することで，プレハブ工法の地下ピットの採用が可能であった．第一の地下ピットの外形寸法は幅 2 180 mm × 奥行 2 180 mm×高さ 2 480 mm ，第二の地下ピットの外形寸

第8図

地下ピットの底面部分を設置した様子

法は幅 1 900 mm ×奥行 1 250 mm ×高さ 1 900

設置後，地下ピットの底面部が設置場所からmm である．第一の地下ピットは底面部，側面動かないように，地下ピットの底面部の周辺だ部，上盤部の 3 分割，第二の地下ピットは底面け一部掘削土を埋め戻す．その後，マイクロ水部と上盤部の 2 分割にすれば，輸送車両の荷台力発電システム，流量計，電動弁，配管の据付に収めることができた．第二の地下ピットの底を行う．これらもラフタークレーンで吊り降ろ

面部を輸送車両の荷台から吊り下ろす様子を第し，それぞれの部材をボルトで締結していく．

7 図に示す．

地下ピット底面部据付，配管工事完了後の様子
を第 9 図に示す．

第7図

第二の地下ピットの底面部を輸送車両の荷台から吊り下ろす様子

次に設置工程を説明する．まず，発電機設置予定箇所の地中埋設管部を掘削して掘り起こ

第9図

地下ピット底面部据付，配管工事完了後の様子す．続いて基礎工事を行うが，レジンコンク配管の据付が完了した後に，地下ピットの側リート製のプレハブ工法の地下ピットの場合，面部と上盤部分をラフタークレーンで吊り下げ現場打ちのコンクリートに比べて軽量であるたて設置する．地下ピットの接合部分には，専用

め，良質な地盤であれば簡易的な地盤改良のみの接合材を塗布する．接合材が最終強度に至るで十分である．
次にラフタークレーンで地下ピットの底面部
6までの硬化時間は約 48 時間であるが，埋戻し可能な実用強度に至るまでは約 4〜6 時間と短電気計算

2018.8マイクロ水力発電システムは「未来の水車」〜設置工事期間の短縮事例のご紹介〜時間であるため，硬化が完了するまで長時間待源に接続するための系統連系機能，水車，発電つ必要がない．その後，配管開口部の隙間へ無機，付帯設備を統合制御するシステム制御機

収縮モルタルを充てんし，開口部外側を覆うコ能，発電システムの内部状態の見える化とインンクリートの打設を行って，地下ピットと配管ターネットを介した遠隔監視のための通信機能据付が完了する．開口部の隙間と外側の処理がをパッケージ化したシステム制御盤を開発して終わった地下ピットの様子を第 10 図に示す．

いるため，一つの制御盤で通信・制御を行うことが可能である．
このシステム制御盤は配線長さをできるだけ短くするために，マイクロ水力発電システムの近くに設置することとなるが，マイクロ水力発電システムは，⑴で述べたように既存，もしくは新設の地下ピットに据え付けられる場合が多い．地下ピットの場合，設置工事の費用を抑える観点から，最少寸法で設計されており，地下ピット内に新たにマイクロ水力発電システムの第 10 図

開口部の隙間と外側の処理が終わった地下ピットの様子

システム制御盤を据え付けることのできるスペースはない場合が多い．また，地下空間は常時高湿度環境となることが多く，制御盤の設置最後に地下ピット間に掘削土を埋戻して地下場所としては不向きである．以上より，システピットの設置が完了となる．埋戻し後の地下ム制御盤はマイクロ水力発電システムが設置さピットの外観を第 11 図に示す．設置面積は約れた地下ピットの近傍に新たに風雨を防ぐため

13 m と，非常にコンパクトに設置することがの建屋を設けてその中に設置することが望ましできた．また，地下ピット据付開始から埋戻しいが，システム制御盤を収める建屋を専用設計までの全工程は，合計で 5 日間と短期間で完了

すると現場で建設することとなる．その場合，することができた．

建屋の設置工事だけで約 2 週間かかってしまう

2

ため，工事期間が延びてしまうという課題があった．
【専用設計上の工夫】
電気設備の屋外用収納箱としては，高圧で受電する設備一式を金属製のキャビネットの中に収めたキュービクル式高圧受電設備がよく知られている．キャビネットの費用を抑えるために，既製品のキャビネットをベースに専用設計することにした．システム制御盤は，系統連系
第 11 図⑵

埋戻し後の地下ピットの外観

システム制御盤専用金属製キャビネットのインバータなどの発熱体を有している．システ
ム制御盤の発熱体の位置，発熱量を考慮し，適切に排熱できるように換気扇を配置した．排熱開発が生じる真上に換気扇を設け，天井空間を通じ【背景】て庇の下から下吹き出しで排気するようにした

当社のマイクロ水力発電システムは，商用電電気計算

2018.8ため，排気口からの雨水の浸入がない．さらに，
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システム制御盤を据え付ける際に簡単に取り付けられるように，取付用の架台を設けた．架台の上にシステム制御盤を置き，位置を合わせてボルトで固定するだけで据え付け可能となった．また，夜間等でも点検可能なように LED電灯を備えるようにした．
【施工事例】
以下では，システム制御盤の建屋として，システム制御盤専用金属製キャビネットに収めて設置工事の工事期間を短縮した施工事例を示す．幅 1 600 mm ×奥行 1 600 mm ×高さ 2 507

第 13 図mm の金属製キャビネットに幅 800 mm ×奥行1 000 mm × 高さ 1 770 mm のシステム制御盤を収めた様子を第 12 図に示す．

5左：チャンネルベースにシステム制御盤を設置する様子
右：金属製キャビネットを上から吊り下ろす様子

見える化システムによる遠隔監視

当社のマイクロ水力発電システムには，発電開始後，正常に稼働しているかどうかを確認するための見える化システムが搭載されている．
遠隔監視システムの監視画面（サンプル）を第 14 図に示す．発電出力や流量，圧力に関するデータをリアルタイムに確認することができる．この遠隔監視システムを用いて，24 時間
第 12 図金属製キャビネットにシステム制御盤を収めた様子

365 日遠隔監視センターで監視するとともに，月 2 回の電気主任技術者による月次点検注 2）を行い，水運用に影響を与えないように発電を行

金属製キャビネットの底板は，チャンネルう．このような遠隔監視システム・監視体制をベースと呼ばれる金属フレームの上に固定され準備しているため，安心して水道施設で水力発る．あらかじめ施工された基礎コンクリートの電を実施することが可能である．

上にチャンネルベースをアンカーで固定し，チャンネルベースの上にシステム制御盤を設置する．システム制御盤をチャンネルベースに固

6

おわりに定し，最後にユニックで金属製キャビネットを上水道施設は，安定的な水運用を第一に運営吊り下ろして被せることで設置完了である．第されている．各上水道施設の地形条件や運用方

13 図に設置の様子を示す．もともと 2 週間か法に合わせた独自の設置状態となっており，従かっていた工事期間を，金属製キャビネットを来のマイクロ水力発電システムでは個別の設置持ち込んだ当日に設置完了できる 1 日にまで短方法を検討する必要があり，検討と設置工事に縮することができた．

長い時間を要した．
当社は汎用ポンプをポンプ逆転水車として使う方式を採用しているため，発電機設計に要す

8

電気計算

2018.8マイクロ水力発電システムは「未来の水車」～設置工事期間の短縮事例のご紹介～

本日の発電量（kW⋅h）

7時

3時

23時

26.97 m

19時

水車落差

11時

水車流量0.096 m3/s

25.0
22.5
20.0
17.5
15.0
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
0.0

15時

運転中積算発電量
弁開度

61.6 %
発電機出力

制御通電時間20.16 kW2 594.1 h

第 14 図37 462.8 kW⋅h
瞬時電力

稼働率

19.29 kW74.5 %

当社の遠隔監視システムの監視画面（サンプル）る時間が短くてすむ．さらに，本稿で示した設
置工事期間の短縮事例を水平展開し，従来より＜問い合わせ先＞

URL:http://www.dk-power.co.jp/も早く導入できるように工夫を凝らすことで，さらなる水力発電の普及拡大に寄与していきたい．
注 1） レジンコンクリートとは熱硬化性樹脂（レジン）を結合材として，砕石・砂・炭酸カルシウムを混ぜて固めたコンクリートのことである．
結合樹脂には通常，硬化時間が自由に調整できる不飽和ポリエステル樹脂が用いられる．レジンコンクリートは，一般のセメントコンクリー
トと比較して，約 3〜5 倍程度の強度性をもち，約 1/2 程度軽量である等の優れた特徴をもつ．
注 2） 水力発電システムの場合，20 kW 以上は事業用電気工作物となり，月 2 回の電気主任技術者による点検が必要となる．
＜参考文献＞⑴ 平成 20 年度中小水力開発促進指導事業基礎調査（未利用落差発電包蔵水力調査）報告書，（財）新エネルギー財団（経済産業省 資源エネルギー庁調査委託）
電気計算

2018.89