Technical Information
発電場所での得られる⽔量と⾼低差の予測精度
本情報は、設置前の落差、水量の情報の精度が高ければそれだけ設置後の発電量が期待に近くなる例を⽰します。設置場所の調査の精度が成功の秘訣となっています。

Ecoinnovation Ltd.

August 2013

発電機メーカーの作業
このユーザー情報により、発電機メーカーは、最⼤の効率を発揮する発電機を作成します。この環境に合致するコイル類は：80-7s-2p-D となります。出荷実験では1489rpm で無負荷電圧160V~180V を超えない磁場調整をし、1000W の動作実験を⾏います。
この様にマイクロ水⼒の場合、与えられた環境に応じ、発電機の仕様を決定する場合が多く、発電機の注文にはご注意が必要です。

この設置は実際の作業の記録です。場所はニュージーランド、発電機は3 台のターゴ型が対象です。先ず注文品の背景のデー
ターは：・純落差：20m(測定はユーザー側で実施)
・導水管100m ⻑さ、MDPE(中密度 PE)内径94mm, 3 本
・流量：乾季水量11 リッター・秒（雨季には増加）
・配線用電線（400m ⻑ｘ2 本）（4mm２を４本合わせ撚線へ）
16mm2 電線
この環境で、ユーザーとメーカーの打合せ後の予想は以下の通りです。
（メーカーは現場訪問を⾏っていません）
タービンでの発電量予測★使用水量 11.0lps(リットル・秒の単位表記 lps)
★純高低差 20.0m, 配管総延⻑ 100m, ID=94mm
この条件で配管効率86%(管はユーザー購入済み)★ターゴ発電機1 台あたり、ノズル４個使用(口径15.1mmØ)
予想回転数：1489rpm, タービン発電量1029W/set
発電機での発電量予想(MPPT想定の為電圧は180V想定し,送電用には194Vとする)★電線効率：90% ★電線総延⻑距離: 400m
★送電有効電圧: 180V ★電線材質：銅★電線太さ 16mm２を３台に分割使用の為、1 台分＝5.3mm2（5.5 スケア=AWG10 に匹敵）★電流：5.3A★電線効率 ： 93%
結果予想発電量： 954w
３台設置で総発電量：3×954w=2,862Kw

注意；
電線と送水管はユーザーが先に購入した物であり、これ以外の物の使用は不可能です。(発電機メーカーと打ち合わ後に購入か、自分で先に購入が良いのか、難しい所です。)

工事 その1
ユーザーは、発電機類の到着前に導水管の⼯事を⾏います。
⼯事後の実験結果の報告は；★20psi（発電機⼿前での圧⼒計の数値）=14.1m(純落差)★110m ⻑94mmID MDPE 送水管 3 本★乾季での水量 11 lps★450m 電線2 本（先の報告通りの電線仕様）
注意；
ここでユーザーのミスが発⾒されています。最初の高低差の報告は20m, 実際の測定では14.1m (この差はどうして???)（多分,ユーザーは単位の解釈に誤解があったように⾒えます。
圧⼒単位にはkPa, bar, mH20, psi, kgf/m2, MPa 等種類が多く、高低差の確認には念を入れる必要があったのです）〒929-0217 石川県 白山市 湊町 巳 １
TEL : 076-278-3262, FAX: 076-278-2366,e-mail: mikawa@izumicorp.co.jp

工事 その２
実際のデーターから、再度、予想発電量の計算を⾏います。

ユーザーの考えは、取敢えず、作業続⾏し、完成時点で改良⼯事を施し部品取替え対処を希望。

２：タービンでの発電量予測★使用水量 11.0 lps★純高低差 14.1m★配管総延⻑ 110m, ID=94mm ：配管効率 79%★ターゴ発電機1 台あたり、ノズル４個使用(口径16.9mmØ)
予想回転数：1196rpm, タービン発電量664W/set

設置工事写真
各種機器類の到着前に、ユーザー側では、導水管設置、木枠やベニア板による基礎⼯事を施⼯しています。

2： 発電機での発電量予想★送電用電圧想定；189V★電線効率：90% ★電線総延⻑距離: 400m★送電有効電圧: 180V ★電線材質：銅★電線太さ １台分＝5.3mm2 （5.5 スケア=AWG10 に匹敵）
★電流：3.5A★電線効率 ： 95%
結果予想発電量： 632w
３台設置で総発電量：3×632w=1,896Kw

ターゴ発電機の固定には、べニア板の上で且つその下側に木枠フレームが位置し、両者で固定できる位置を決め、排水用開口部を、のこぎりで開けました。

問題発生の確認
1)発電機の磁場、コイル調整などは、ユーザーの注文時仕様に従って製造されている。明らかに高低差が変化した為, 出⼒の低下は避けられない。
2)水量とノズルの口径の関係も高低差の変化で、正しい物に変更が必要。

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発電機の上下を反転し①固定に係る全てのスクリュー、ナット⾦具類にグリスを与え、②ジェットノズル取り付け固定部品を固定位置に正確に締め付ける（写真のプライヤーに注意）③ジェットノズルを入れ込み、⿊⾊キャップを⼿で締め付けます。

グリスガンをグリスニップルに繋ぎます。初動用必要量は20-30 回ポンプ量です。終了後銅製グリス固定⾦具を押しながら、⻘⾊解除レバーを押し込み、グリスニップルと銅製固定⾦具を分離します。もしご注文の発電機のオプションに自動給油機構がある場合、グリス缶をホルダーから取り出し、灰⾊キャップを回転させ、ポンと⾳がしたら、準備完了です。
『 別途マニュアルには詳しく説明しています 』⿊⾊のゴミよけキャッ
プを取り外し、自動給油缶の供給口に銅製⾦具を回して接続します。設置位置を確認し、給油ラインに抵抗箇所がないか、再確認します。
ここで、上蓋をタービンに戻し、外した固定⾦具で、本体に固着させます。この場所では３台納入なので３台分に同じ施⼯を施します。
下の写真通り50mm 柔軟ホースの先を発電機ノズル入口に繋ぎます。このホースとホースクランプはユーザー供給で, カムロック⾦具とバルブ入口はメーカー供給です。

真冬の⼯事の場合、ホースの先を熱湯につけ、その後グリスを塗り、滑りやすくする⽅法で、密着が可能となります。タービンに押し込めない場合、更に、木槌で叩き込む⽅法もあります。

Ｍ６ボルト４個を上の写真の様に蓋の下から取り去ります。蓋を取り外すには、上を下にしたままベースを横にずらすコツが要ります。慣れるに少々コツが要ります。蓋が外れれば、今度は上側を上にします。

この柔軟ホースの耐圧性は30m の水頭です。上の写真の様に確実に締め付ける必要があります。

柔軟ホースを導水管供給場所まで必要な⻑さにカットしカムロックに固定します。

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★この中継ボックスは今後も⼾外放置の場合、⼾外使用（防水性能）でUV 対策品の選定を⾏ってください。

前頁写真の白⾊の止水弁は導水管側に接続し、タービン側には接続しない事が⼤切です。この⽅法でタービンへのアクセスは容易になります。緑⾊の柔軟ホースは可能な限り短くしておきます。

★水を通し、発電を開始します。この発電機の場合、無負荷運転可能品ですので、テスターをブレーカーに接続し、各発電機ごとにその OCV 値（オープンサーキットボルテージ）を測定します。実験では 360V +/-20VDC です。この程度の誤差は正常範囲です。各発電機ごとに電圧は異なります。
★発電機を出たすぐ後の OCV 値は360VDC ですが、その後の電線内部抵抗(配線距離)で、実際の使用場所には180VDC 程度に低下しますので、この場所での360VDC には不安はありません。
送電用中継ボックス
３台の出⼒線を⼀か所にまとめ、更に⼀本の出⼒線に集合します。やり⽅は各ユーザーの個々の状況で変化します。このお客様の場合、３台の発電機の電⼒を、ニュージーランド法律許可の、DC-AC インバーターを使用し、AC で家庭電源として使用される⽅法を選んでおられます。(⽇本ではありえない便利な使い⽅ですが....残念)

ノズルへの供給管の仕上がり状態です。残り２台も同じような⼯事を⾏います。３台の配管完了写真を参照ください。白⾊の電線は未だ収納していません。試験完了後に初めてコンジット管に収納し、保護します。

発電実験の前に実際の動作実験の前に、今迄施した⼯事の完成度の再確認を⾏い、全て正常か確認が必要です。その次に発電機からの出⼒電線を⼀か所に集合させ、出⼒のデーターを収集します。
(仮配線中)
実際の AC 転換用に容量：3kW のインバーターが用意され、発電場所から、使用場所までの送電結果は：３台の発電機からの出⼒線を⼀か所にまとめます。２本線を DCブレーカーに繋ぎます。ブレーカーの容量と予想発電量の容量を合せておきます。
発電機には完全なアースを施します。

360OCV → 120VDC, 1.61kW

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予想と実際の差の追及
さて、今回のプロジェクトでの予想発電量の⾒直しは, Page1の左上側、工事 その２、 ２：発電機での発電量予想
総計1,896kW と⽰されています。

もし、この経験からの調整が有効に作用するとすれば、1.61KW+0.18=総計1.79kW になるはずで、そうであれば予想値の1.89kW とのずれは、5%となり、誤差範囲内と⾔い切れます。

予想/実際の差は約15%と低めになっていますが、page1 の説明通り、修正と改良が更に必要です。

現場の参考写真
現場の落差は14.1m, 送水管延⻑距離は110m でした。

改良案その１
最終到達電圧は120VDC となっています。予想は180VDC で到達する筈です。とすると、送電線でのロスとインバーターでのロスが多すぎます。実際の高低差14.1m で発電するコイルの再調整時、OCV の引き揚げも⾏い、100W 以上のゲイン増加を⾏います。
もし360VDC から500-550VDC に引き上げ、インバーター到達電圧を180VDC に上げられるよう考えます。このインバーターの入⼒最⼤可能電圧は600VDC なのでそれ以上に与えない必要があります。雨季にはこの場所での高低差は1m 増えますので、550VDC OCV を最終値とします。
改良案その２
⼯事中気にはなっていたのですが、ノズルへの柔軟パイプの固定が不⼗分で、水の吐出位置の不安定性がタービン回転エネルギー低下の原因となったようです。(仮設⼯事の為)

3 本の取水源（ゴミよけメッシュは未だ取付けていません）

ノズルとタービンの位置を固定する事により、出⼒増は１－５％程度期待できます。柔軟パイプの不安定とノズル角度のズレは、高低差のロスと同じことです。１台発電機に接続している柔軟ホースでの損失は：総計20m ⻑さ、50mmID での軋轢損失約15W と、角度不正確性での損失予想1,896KW に対し3%として、56W はなくしていると思えます。
改良案その３導水管の最終点から、柔軟ホースに分岐している角度が電⼒損失の⼀つの理由です。90 度の角度で取り込んでおり、この場所の損失は10W と考えます。
改良結論
全ての改良を実⾏できた場合の、発電量の増加⾒込みは；①送電線による損失
100W about②柔軟パイプ不安定によるジェット⼒損失 56W about③90 度角度取り込み損失
10W about④柔軟パイプ内軋轢損失
15W about

導水管の中間固定の様子（仮設置中）

4最終処理最後に残った改良は現場に設置されている、発電機の改造です。
ターゴタービンや、水吐出ノズルの口径は、メーカーで交換する必要はありません。
コイルの種類と、マグネットとの位置の微調整を⾏い、送電距離に応じ、OCV（解放発電電圧）の調整を必要とし、これはメーカー場所でのみ可能です。(現場では不可能です)
もし、その改造費が、発電量の増⼤で, 短期間で償却可能なら、輸送費、改造費を支払っても、メリットのある対処⽅法です。

発電機⼿前の導水管の固定状況（セメントや岩石で発電機⼿前の導水管の安定を計る）

だた、この例の様に、ユーザーが自分で勝⼿に、高低差、電線の太さ、導水管の寸法を先に決めてしまった場合、残された改良⽅法は、そう多くはありません。

後書き①この設置例での⼀番のエラーは高低差の情報エラーが最⼤で、実際42%の誤差は⼤きすぎるが、驚くに当たらない。実際、多くの場合、最初の情報は⼤抵の場合推測から報告される。
②しかし、もし高低差が異なれば、導水管の太さも間違ったものを選定される筈。この場所でも94mmID の PE 管が先に用意されたが、我々は200mmPVC 管を薦めたい。この⽅が安くで、内部抵抗も⼤幅に減少できる。
③送電線の距離も発⽣電圧との関係でその太さも注意を払う必要がある。
さて、発電機のコイルの変更は後⽇として、ジェットノズル口径の変更、柔軟パイプの固定をユーザーは⼀回目改良として⾏った。その結果：
発電量は：1.61kW から1.96kW に増加(!!!)：当面この状態を維持し更なる改良は実績を⾒て再考する事となる。

磁石の位置
最後に
OCV に関し、このメーカーの発電機は上のイラストの様に、コイルと磁石の距離が移動できます。通常の発電機は固定されており、OCV の電位調整は出来ません。従ってMPPT の適応には、OCV 調整が可能かどうかの⾒極めが先になり、全てのメーカーが⾏える訳ではありません。
PMMT 時代では、高電圧で送電し、送電線での電圧ロスを減少させ、且つ、細い電線を使って出費を抑えることも出来ます。
PMMT が全てメリットがあるとは申し上げませんが、電線距離が⻑い場合(例、片道50m 以上) MPPT 機種の考えも良いかもしれません。

August 20135