4.2
既 設 ダ ム に お け る 小 水 力 発 電 に 関 す る 研 究
研 究 年 度：令和元年度
研 究 分 野：ダムの改造・再開発に関する調査研究
調 査 研 究 名：既設ダムにおける小水力発電に関する研究
研 究 者：川崎秀明*、長野航兵【要約】ダムが持つ再生可能エネルギーについては、地域の自然・社会環境と調和し、純国産のクリーンエネルギー として有効活用することが、近年の地球温暖化や持続可能な社会形成の観点から求められている。既設ダムでの小水力発電は、発電規模が 小さいので、事業の採算性の確保が特に重要な課題になる。本研究では、水力開発検討対象地点を抽出し、概略検討を行って小水力発電開発の可能性を調査した。また、事業計画における留意点や採算性確保に寄与できる補助金制度についても調査、整理した。
【キーワード】
水力開発、小水力発電、従属発電、コンクリートダム、補助金制度【背景・目的】ダムが持つ再生可能エネルギーについては、地域の自然・社会環境と調和し、純国産のクリーンエネルギーとして有効活用することが、近年の地球温暖化や持続可能な社会形成の観点から求められている。
また、ダム管理者にとっては、ダムの従属発電による売電収入により、維持管理費の低減を図ることもできる。本研究では、既設ダムに従属する小水力発電について、開発の可能性検討と採算性確保に寄与できる補助金制度について調査・検討を行った

新たな水圧管で直結される計画である。Ｅダム直下の量水井とＧ量水井の間の標高差は約 100m であり、上述した発電利用に比べてさらに大きな規模の水力利用が可能であり、水力開発検討対象地点として取り上げる（表-2）。
表-1 ダムの水力利用の優劣比較
Ａダム

Ｂダム

Ｃダム

Ｄダム

Ｅダム

常時満水位

106.62174.51158.00246.26288.19

32.00

制限水位

－－－－

286.00－項目

貯水位（ＥＬ）

最低水位

88.52

157.81133.00219.26260.39

調整池

量水井

量水井

量水井

量水井

浄水場

ＨＷＬ

99.30157.87

128.96217.83252.00不明

ＬＷＬ－

155.97127.15215.59250.00

不明

中間値

99.30

156.92128.06216.71251.00不明

計画取水量/日

6,300

2,700

12,6005,700

13,300不明

流域面積ｋ㎡

4.5

3.33

5.77

4.53

6.46

総落差

ｍ

7.32

17.59

29.95

29.55

37.19

不明/s

0.07290.03130.14580.06600.1539不明

kW44301339

不明

名称【研究経緯】
令和元年度（本報告）：研究開始

直下の開放水面（ＥＬ）【令和元年度の研究内容】（１）水力開発検討対象地点の選定対象とする地点では、6基の水道用ダムが存在している。ダムの高さは22.7～46.0mで、流域面積は1.69～6.46 となっている。この6基のダムについて、水力利用の着眼点である落差と流量に関する情報を整理して発電利用の優劣を比較した（表-1）に示す。
これより、いずれのダムも水力エネルギーの規模はさほど大きくはないが、使用水量と落差の面から相対的に発電に 有利な地点としてＣダムとＥダムが挙げられる。
これらの2箇所のダムの直下には量水井が設置されており、ダムの貯水面と量水井の水面の間の落差を利用した小水力発電の利用が考えられることから開発検討対象地点とする 。
さらに、Ｅダムについては、現在、取水された用水は浄水場に送水されているが、将来は浄水場の統廃合によってＨ浄水場が廃止され、Ｅダムからの用水はダム直下の量水井を経て、Ｇ取水場の量水井にＦダム

発電諸元 使用水量
出力規模※

発電利用からみた優位性の評価

△△〇

△〇

18.00

1.69×

※出力規模＝9.8×使用水量×総落差×総合効率（0.7と仮定）

表-2 Ｇ取水場地点における小水力発電利用
Ｅダム量水井水面標高（ＥＬ） 中間値ｍ251

Ｇ量水井水面標高（ＥＬ）

中間値

ｍ

152.2

総落差ｍ

98.8

使用水量/s0.1539

出力規模※kW

104

発電諸元※出力規模＝9.8×使用水量×総落差×総合効率（0.7と仮定）（２）水力開発検討対象地点の特徴（１）で示した水力開発検討対象地点の特徴を以下に述べる。また、比較表を表-3 に示す。

4-9

で水圧管が設置されている。当ダムの水圧管は① Ｃダム地点
Ｃダムに比べて建設年代が新しいために 7.5kｉ 取水設備仕様である。管路によるエネルギー損失の面、Ｃダムは頂部越流型で洪水吐きゲートはない。
小水力発電を設置した場合の水撃圧への強度
ダムからの取水設備として 3 段の固定式選択取面でも問題はないものと推定される。河川維持水設備が設置されており、取水口には 5 ㎝程度流量の放流は行われていない。のメッシュスクリーンが取り付けられている。
ⅱ 流量制御設備取水口からダム直下流の量水井まで水圧管が設置されている。管の外径は 40cm 以上で管内量水井手前にあるコンクリート製のピット内流速が小さいためにこの管路によるエネルギに、塵芥除去のためのストレーナ、減圧バルブ、ー損失は大きくないと考えられる。管材の耐圧流量計、流量制御バルブが設置されている。こ性能は 5.5k 仕様で、水圧管の下流部に小水力れまでに塵芥によるストレーナの目詰まりな発電を設置した場合にも水撃圧に耐えられる
どの目立ったトラブルは生じていない。発電所
強度を有している。河川維持流量の放流は特にの設置場所としては、流量制御設備の上流側、行っていないが、堤体内の地山湧水と選択取水または流量制御設備のピット部が考えられる。
設備の水質検査用水がダムの直下流に常時放ピットへの入り口は、資材搬入用のハッチがあ流されている。
るが、ハッチは幅が 1.2m 程度で小さい。土木
ⅱ 流量制御設備工事を少なくするために水力発電設備をこの量水井手前にある管理用建物の地下室に、塵地下部分に設置する場合には、設備の空間配置
芥除去のためのストレーナ、流量計、流量制御と搬入方法等についての検討が必要である。なバルブ、ドレーン弁が設置されている。これまお、発電所がトリップなどで停止した場合には、でに塵芥によるストレーナの目詰まりなどの速やかに水道水の送水を再開する必要がある
目立ったトラブルは生じていない。発電所の設が、送水停止の許容時間は 1 時間が限界である。
置場所としては、流量制御設備の上流側、またⅲ 量水井
は管理用建物の地下が考えられる。管理用建物
流量制御設備を経た用水は管理用建物に隣接の地下室への入り口は、狭い階段と搬入用のハする量水井に管路で導かれている。ここで、分ッチがあるが、ハッチは幅が 1.2m 程度で小さ派堰により水道用水と農業用水に分流される。
い。土木工事を少なくするために水力発電設備をこの地下室に設置する場合には、設備の空間③ Ｇ取水場地点
配置と搬入方法などについての検討が必要で
ⅰ Ｇ取水場の現在の設備
Ｇ取水場は、取水堰によって河川から取水をある。なお、発電所がトリップなどで停止した行った後、隣接した量水井を経てＨ浄水場に水場合には、速やかに水道水の送水を再開する必道用水を送水している。
要があるが、送水停止の許容時間は 1 時間が限界である。
ⅱ Ｇ取水場の将来構想
将来は浄水場の統廃合によってＨ浄水場が廃ⅲ 量水井止される予定になっている。このために、Ｅダ流量制御設備を経た用水は管理用建物に隣接
ムで取水された用水は、将来はＨ浄水場を経由する量水井に管路で導かれている。ここで、分することなく、直接Ｇ取水場の量水井に新たな派堰により水道用水と農業用水に分流される。
水圧管で送水されることになる。Ｅダム直下の量水井とＧ取水場の量水井間の標高差は約② Ｅダム地点
100m あり、この落差とＥダムからの水道用水をⅰ 取水設備
発電に利用すると約 100kW の小水力発電を開発
Ｅダムは、建設中に下流域で水害が発生したできる可能性がある。発電所を設置する位置とことを踏まえて洪水調節容量が設けられていしては、量水井の直上流部が考えられ、新たなる多目的ダムである。このために 5/1～9/30 の水圧管の計画と一体的に設備計画を検討する
間は常時満水位から 2m 下がりの制限水位が設必要がある。
定されており、2 門のラジアルゲートが設置さⅲ 周辺環境れている。治水関連設備の管理・運用は河川管
Ｇ取水場の周辺には民家が存在しており、道理者が実施している。取水設備として 3 段の固路も狭い状況である。発電による民家への騒音
定式選択取水設備が設置されており、取水口に対策、工事用の道路利用についての理解の取得は 5 ㎝程度のメッシュスクリーンが取り付けが必要と考えられる。
られている。取水口からダム直下流の量水井ま4-10

表-3 水力開発検討対象地点の特徴・課題
小水力開発検討対象地点

Cダム貯水池～Cダム量水井Eダム貯水池～Eダム量水井

Eダム量水井～G量水井

管理用建物地下室の流量制御装置

コンクリート製ピット内の流量制御装置

Ｇ取水場量水井付近

現地状況

取水位(EL)
直下の開放水面(EL)

常時満水位

158.00288.19251.00

中間値

128.05251.00152.20

発 総落差
電
計画取水量
規
模 発電使用水量

ｍ

29.95

37.19

98.80/日

12,60013,30013,300/s

0.1460.1540.154

発電出力

kW3039104

水車の種類

(参考)

S型ﾁｭｰﾌﾞﾗまたはﾌﾗﾝｼｽ同左

ペルトン

発電設備の設置位置・配置スペース等

・設置位置は、流量制御設備が設 ・設置位置は、流量制御設備が設置されている管理建物地下室また 置されているコンクリートピット部またはその上流側の空き地
はその上流側の空き地
・地下室に設置する場合は、既設 ・コンクリートピット部に設置す ・設置位置は量水井の上流側の空配管の上部になる。水理条件を満 る場合は配管の上部になる。水理 き地
たす水車発電機が搬入・設置可能 条件を満たす水車発電機が搬入・ ・地形的に配置スペースは十分でか、また既設のストレーナ等のメ 設置可能か、また既設のストレー あり、管路更新工事と一体的に検ンテナンス空間の具体的な検討が ナ等のメンテナンス空間の具体的 討する必要がある
な検討が必要必要
・地上部には十分な工事用のス・地上部には十分な工事用のスペースがある
ペースがあるその他の確認事項

・Ｅダムの貯水位の年間変動状況 ・Ｅダムの貯水位の年間変動状況
・Ｃダムの貯水位の年間変動状況
・Ｅダムの放流量
・Ｅダムの放流量
・Ｃダム種類流量の日内及び年間・Ｅダム種類流量の日内及び年間 ・Ｅダム種類流量の日内及び年間の変動状況の変動状況の変動状況
・既存設備の設計諸元・設備状況
・既存設備の設計諸元・設備状況 ・計画設備の設計諸元・設備状況

共通事項

・小規模な発電であることから、採算性を確保するためには関係分野の熟練者による合理的な開発計画の検討が不可欠
・発電所の建設時および運用後の取水停止条件について確認が必要
・民間による開発を行うためには、設備の利用・管理についてのルールの明確化が必要

特徴・課
題等表-4 アメダスの過去十年の年間降水量（３）対象地点の気象データ水力開発の検討においては、対象地点での降雨等の気象データやダムへの流入量、貯水位等の水理データが不可欠である。本研究では、公開情報である
アメダスの気象データを整理したＥダム地点での結果のみ表-4、5に示す。なお、Ｅダムの流域は、アメダス地点からやや離れた場所に位置するために、アメダス地点とダム流域地点の月降水量を平年値で比較した。その結果、両者の降水量および各月の降雨傾向には大きな差はなかったことを確認しており、アメダスの気象データを用いて分析することで問題ないと思われる。

4-11

表-5 アメダスの月別降水量
2008年度降水量記録（㎜）① 電気事業法上の主任技術者の要件
主任技術者の選任について下図のように定められている（表-6）。
表-6 主任技術者の選任要件(1)2018年度

検討地点
検討地点
検討地点
月間降水量 日最大雨量 月間降水量

検討地点

ダム流域

② 河川法上の水利使用許可手続き
発電所の設置場所ごとに水利使用に必要な許可手続きが定められている（図-1）。

① 降水量の年間変動
アメダスデータによる月間降水量の平年値（未掲載）を見ると、検討地点では6月と7月に大きな降水が発生し、12月から2月にかけて降水が非常に少なくなる特徴がある。
2018 年度の月間降水量の記録を見ると、1月から3月は特に降水が少なかったことが分かる。
② 検討地点の降雨の特徴
年降水量は1607㎜～2765mm、日最大降雨量は87 ㎜～266㎜で大きく変動している。
さらに1947年以降の過去の長期間の記録によれば、年間降水量の最小は1994年の1079mm、最大は1957年の2907mm、日最大降雨量も1995 年の344㎜や1990年の322㎜など、大雨と渇水の大きな変動が生じている。ダムの活用にあたっては、このような自然の激しい変化を踏まえて、治水、利水、エネルギー、環境、地域 の課題に総合的に取り組む必要がある と考えられる。
（４）水道施設の小水力発電利用における留意点
水道施設を利用した小水力発電を行う上での留意点を整理して以下に示す。

図-1 上水道施設における発電所設置場所ごとの許可手続き(2)③ 水道施設を利用した水力発電計画の留意点
水道施設を利用した発電計画特有の留意点を以下に示す。発電に使用する用水が浄水前の原水か、浄水後の水道水かで留意すべき点が異なることがある。
ⅰ 発電所の使用水量の将来変化通水量の決定権が水道事業者にあることが多い。特に、浄水後の水道水を利用する場合は完全従属発電になり、人口減少等により水道水の需要が減少した場合は発電量の減少を余儀なくされることがある 。
ⅱ 水車型式の適用性
水道施設に管路の水圧を利用する場合に、圧4-12

質、塗料等に特段の対策が必要になる。
力管路に設置する場合とそうでない場合で適用可能な水車の型式が異なる。前者の場合は、 （５）水力発電事業の調査検討のための補助金制度申請が可能と考えられる国の補助金制度として、フランシス水車やプロペラ水車等、後者の場合
表-7 に示す新エネルギー財団の「水力発電事業性評
はクロスフロー水車やペルトン水車等が適用
価等支援事業（地方公共団体）」、国土交通省政策局可能となる。また、有効落差や使用水量が大き社会資本整備政策課の「先導的官民連携支援事業【事く変動する場合はそれを踏まえた水車の選定
業手法検討支援型】」、および経済産業省資源エネルが不可欠である。
ギー庁原子力立地政策室の「エネルギー構造高度ⅲ 水力発電の事業性と地域貢献化・転換理解促進事業」が挙げられる。それぞれの水道施設の小水力発電は、既存の管路や建物制度の特徴を踏まえて応募に関する検討を行う必要などを流用することから、土木建築工事を節減がある。
できるメリットがある。その一方で、非常に小規模になることが多く、事業の採算性が大きな課題である。このために合理的な設計を徹底す【結果とりまとめ】
本年度の研究の結果、以下の成果が得られた。
るとともに極力地元の工事店等を利用して建①水理条件および現地調査により、発電諸元や候補設・保守を低廉なコストで行う必要がある。地地点の特徴を整理し、小水力開発の可能性がある地元企業に技術移転して取り組んでいる事例が点を選定できた。
出てきており、小水力発電を地元に貢献するよ②水力開発の検討における留意点や補助金制度につうに総合的に計画する必要がある。
いて整理した。
ⅳ 断水の条件発電所の建設時の配管の接続工事や負荷遮断試験時、さらに完成後の雷などによる発電停止【今後の課題】
今後の課題として、以下のことが考えられる。
時に一時的に水道用水の停止が必要になる。発①検討地点の具体的な設備設計による費用対効果の電停止の制約条件が厳しい場合は建設費が大精査
きく上昇するので注意が必要である。
②取水設備の更新工事との同時実施や浄水場への導ⅴ 浄水前の原水を利用する発電所
水時の減圧設備としての評価等、水道事業全体での水道施設を利用した水力発電は小規模で水車事業性、経済性の評価が小さいことから、原水に塵芥が含まれる場合は発電が不能になることがある。このために、ストレーナを設置することがあるが有効落差【参考文献】（１）資源エネルギー庁 HP: 電気事業法における「ダが減少することに留意が必要である。
ム」の取扱いについて、平成 24 年 11 月より
ⅵ 浄水後の水道水を利用する発電所（２）国土交通省 小水力発電を行うための水利使用の浄水後の水道水は市民の飲み水であるため、登録申請ガイドブック、平成 25 年 12 月より
漏油対策への要求とともに配管、バルブ等の材
表-7 水力発電事業の調査検討のための国の補助金制度
補助金の名称

概 要対象者

地方公共団体が行う地域の水力発電有望地点の調査・設計等の実施及水力発電事業性 び当該地点の開発又コ
評価等支援事業 ンセッション方式によるＰ 地方公共団体（地方公共団体） ＦＩ事業で発電を行う者の公募に要する経費のうち公募用資料作成に係る費用を補助する

先導的官民連携 地方公共団体に対し、官 地方公共団体等（公共施設等の管理者である地方公共団体支援事業
民連携事業の案件形成
または、公共施設等の整備等【事業手法検討 を促進することを目的と を行う独立行政法人、公共法する支援型】人）

対象となる再生可能エネルギー 予算額
等の種類

支 援内容

中小水力発電（1 地点あたり 20kW 以上 2.13 億
補助金額：補助対象経費の１０/ １０以内円（民間10,000kW 以下）
上限額：原則として５,０００万円／年とし、※都道府県は５地 事業者
かつ、１発電所当たりの補助金の上限額
点以上、市町村は２ 等向けとは１,０００万円／年とするの合計）地点以上の調査
公募を実施すること

補助金額20百万円まで※補助対象経費は、調査や検討を依頼する経費（委託費）

事業年数

原則単年度。ただし、単年度で事業 一般財団法人新エネル
完了が困難であ ギー財団（NEF）
http://www.nef.or.jp/
る事業については、最大３年まで TEL：03-6810-0364 /
複数年度事業とし FAX：03-3982-5101て申請可能

特に記述なし（官民連携事業の可 2.65億円 単年度能性検討のため）定額補助（10/10)とし、①事業当たりの上限額は以下の通り
次の①から③のいずれかの条＜地域理解促進事業＞
件を満たす自治体・エネルギーの構造高度化等に向けたビエネルギー構造の高度①原子力発電施設がその区域
ジョン策定事業：1億円
化等に向けた地域住民
内に立地する道県
・地域の理解を促進するための説明会、等の理解促進に資する②原子力施設がその区域内にエネルギー構造 事業を支援することによ
勉強会、研究会、見学会、イベント等の水力発電（20kW 以
立地する市町村
高度化・転換理 り、内外の経済的社会的 ③原子力発電施設を取り巻く環 実施事業：5千万円
上 1,000kW 以下）
・再生可能エネルギーなどエネルギー構
環境に応じた安定的か解促進事業
境変化の影響を受ける自治体
造高度化等に資する調査・研究事業：2
つ適切なエネルギーの（原子力発電施設から概ね半億円
需給構造の構築を図るこ
径30kmの区域を含む市町村、・再生可能エネルギーなどエネルギー構とを目的とする及び当該市町村が属する都道
造高度化等のための設備等の設置を活府県）用した地域振興事業：2億円（立地自治体以外）

4-13

問い合わせ先56.2億円 単年度

FIT制度との併用可能

評 価

補助事業の内容（公募資料作成のための事務費もふくめ、佐世保市の案件に合致している）

補助内容は調査
国土交通省総合政策局 とくに記載なし 費のみ
社会資本整備政策課（官民連携事 公共施設等を官電話直通 :03-5253-8981 業の可能性検 民連携で活用する事業の案件形
ファックス :03-5253-1548 討のため）
成を対象

経済産業省 資源エネル
ギー庁
原子力立地政策室／原不可
子力広報室（営利目的を電話：03-3501-1873（直除外している）
通）
FAX：03-3580-8493
E-mail：enekou@meti.go.jp

設備設置費も対象であり定額補助10/10は大きな魅力である
ただし、売電できないため託送などアイディアが必要