鳥取県産業技術センター研究報告 No.13 (2010)

マイクロ水力発電システムの開発（第２報）
Development of a Micro-Hydro-Electric Generation System（2nd Report）

試作２号機の実証試験
Verification Tests on the Second Prototype of Micro-Hydro-Electric Generation System

野嶋賢吾・角 力・鈴木好明・吉田裕亮・桑原豊彦・柏木秀文
Kengo Nojima, Tsutomu Sumi, Yoshiaki Suzuki, Yusuke Yoshida Toyohiko Kuwahara and Hidefumi Kashiwagi

試作したマイクロ水力発電装置の実環境における発電の安定性および耐久性・耐食性を評価するため、養魚場の排水路において半年間を超える実証試験を行った。その結果、実証試験に用いた試作２号機は、安定した DC 電力を出力し、照明と温水ヒータを連続して稼動させた。また、数時間だが、家庭用電化製品に AC電力を供給し、これを正常に動作させた。２号機の A 型には、およそ４ヶ月間の実証試験において不具合が発生したが、これを改良した B 型には、およそ 11 ヶ月間の実証において不具合は発生していない。

1. はじめにを加えた。発電機については、1 号機に用いた回転数

鳥取県産業技術センターでは、農業用水路等の低落300～600 min-1 において約 22～44 V（無負荷）を発生差（１～５ m）の水エネルギを利用して発電するマイ

する定格出力 1.5 kW の永久磁石式発電機から、同じクロ水力発電システムの実用化を目指し、開発を行っ回転数において約 110～220 V を発生する 300 W の永ている１）～３）。

久磁石式多極発電機（SKY-HR250）へ変更した。水３）

前報

では、試作１号機に対して行った、延べ６時間程度の実証試験の結果について報告した。

車幅については、低落差での使用による吸込み流量の低下を補うため、１号機の 150 mm から 200 mm へ拡本報では、試作機の実環境における長時間の出力の大した。水車およびその筐体の材質については、10安定性および耐久性・耐食性について調査するため、年間程度の耐食・耐久性を確保するため、１号機の軟鳥取県倉吉市関金町小泉にある小泉川養魚場の排水路鋼（SS400）からステンレス鋼（SUS304）へ変更した。

において半年間を超える実証試験を行った結果を報告

表２に示すとおり、A 型および B 型の２種類の２号する。実証試験には、１号機を小泉川養魚場の水路に機を開発した。二つの違いは、水車と発電機との動力設置できるよう改造した２号機を用いた。

伝達方式と、受水部の水をノズルへ供給する導水部の断面形状である。２号機の外観写真を図２に示す。

2. 実験方法
2.1 発電装置

表 1 発電装置の主な仕様

平成 21 年度に開発した試作２号機の主な仕様を表

水車形式
水車直径
水車幅
ブレード枚数
ブレード入口角
ブレード出口角
ノズル入口形状
発電機定格出力

１に、２号機に用いたクロスフロー水車の外観写真を図１に示す。２号機は、既に報告した１号機２）３）を落差１ m 以下の水路等で利用できるよう改造したものである。２号機の仕様は、１号機と基本的に同じとしたが、発電機、水車幅および材質について次の変更- 34 -クロスフロー水車
φ270 mm
200 mm30 枚30 °90 °200×150 mm
300 W

2.3 実証方法
実証試験では、発電機から出力される３相 AC 電力をダイオードにより DC に整流して、照明と温水ヒータへ連続供給した。この際、バッテリによる充電は行わず、発電機から出力される電力をダイレクトに供給した。
さらに、バッテリレスによる AC 電力を家庭用電化製
図１ クロスフロー水車の外観写真品へ供給する数時間の実証試験も行った。DC から ACへの変換は、整流器からの出力電圧を DC/DC コンバー
タで一定電圧（DC24V）に調整したのち、DC/AC 正弦波

表２ ２種類の２号機

動力伝達方式
導水部の形状

A型
タイミングベルト
駆動側：Z1=20
被動側：Z2=30
矩形断面
入口：200×200 mm
出口：200×150 mm

B型
直結駆動
弾性カップリング
円形断面JIS 200Aインバータにより行った。この AC 電力により、DVD プレイヤ、14 インチブラウン管テレビおよび蛍光灯を同時に作動させた。

2.4 実証試験期間
試作２号機の実証試験を次の期間行った。
A 型：平成 21 年７月８日～平成 21 年 11 月３日
B 型：平成 21 年 12 月 16 日～平成 22 年 11 月（継続中）

3. 結果と考察
3.1 設置作業
図４に２号機の設置作業の様子を示す。２号機は軽（a）A 型（b）B 型
図 2 ２号機の外観写真

量（70 kg）・コンパクト（330×500×500 mm）であるた
め、軽貨物に積載可能で、積み下ろしを人の力で行うことができる。２号機の水路への設置は、チェーンブ

2.2 実証地点

ロック等を用いて人の力で行うことも可能だが、実証

ごみや水量の管理が行われている小泉川養魚場の養試験では、小型の建設機械を用いて 10 分間程度で設置

殖プール排水路の段差部において２号機の実証試験をした。２号機の搬入から運転までに要した時間は、約行った。図３に小泉川養魚場の写真を示す。

30 分間であった。

3

水路の流量は約 0.035～0.05 m /s で、総落差はおよそ

２号機を水路に設置した様子を図５に示す。

0.8～0.9 m である。

（a）養魚場全景（b）実証地点

図３ 小泉川養魚場（a）搬入（b）設置
図４ 設置作業の様子- 35 -

（a）全景（b）詳細
図８ AC による電力供給（a）A 型（b）B 型

3.4 耐食性・耐久性の評価結果
図５ ２号機を水路に設置した様子

A 型の実証試験を開始して、およそ４ヶ月間が経過

3.2 DC による電力供給の実証試験結果した平成 22 年 11 月３日に、同装置が発電停止してい実証地点において、A 型および B 型は、140～150 Wるのを確認した。不具合箇所として、タイミングベルの DC 電力を出力し、照明と温水ヒータに電力を供給

トの破断と送電ケーブルの焼損が見られた。図９にタした。図６に照明および温水ヒータの写真を示す。

イミングベルトの破断状態を、図 10 に送電ケーブルの実証試験中には、30℃を超える真夏日や氷点下の真焼損状態を示す。タイミングベルトの破断と送電ケー冬日、さらには暴雨および積雪を経験したが、２号機ブルの焼損は、送電ケーブルが短絡したため起こったが運転停止することはなかった。実証試験中に経験しと考える。まず、送電ケーブルの短絡は、現地におけた積雪の様子をこれらの一例として図７に示す。

る聞き取り調査から、保護せず地上に配線した送電ケーブルを野生動物が噛んだため起こった可能性が高い。
次に、タイミングベルトの破断は、慣性モーメントが異なる発電機と水車が、短絡による急制動を受けたた
め、回転差が生まれ、ベルトに過大な荷重が働いた可能性が高い。
A 型で採用したタイミングベルトは、10 年間程度の（a）照明（b）温水ヒータ
図６ DC による電力供給

長期間使用においては耐久性が低いと判断し、弾性カップリングによる直結方式の B 型へ改良した。なお、ベアリング等の消耗部品については、耐久性を引き続き調査するため、A 型で用いたものを B 型にも用いた。
およそ４ヶ月間の実証試験を行った A 型の腐食状況を調査した結果、すき部において軽微な腐食はみられたものの著しい腐食は見られなかった。

（a）全景

（b）詳細

図７ 実証地点における積雪の様子

3.3 AC による電力供給の実証試験結果
A 型が出力する AC 電力により DVD プレイヤ、小型テレビおよび蛍光灯（全電力：約 140W）を正常に作動させることができた。実証試験の様子を図８に示す。

図９ タイミングベルトの破断状態- 36 -

図 10 送電ケーブルの焼損状態

4. おわりに１号機を落差１ ｍ以下の水路等に設置できるよう改造した２種類の２号機を開発し、小泉川養魚場の排水路において実証試験を行った。
２号機は、総落差 0.8～0.9 m、流量 0.035～0.05 m3/sの排水路において 140～150 W の DC 電力を出力し、照明と温水ヒータを連続して稼動させることができた。
また、数時間の実証ではあったが、家庭用電化製品にAC 電力を供給し、正常に動作させることもできた。
２号機の A 型は、およそ４ヶ月間の実証試験において不具合が発生したが、これを改良した B 型は、およそ 11 ヶ月間（平成 22 年 11 月現在）の実証において不具合は発生していない。
引き続き、B 型の耐久性や耐食性を評価する実証試
験を継続している。

謝 辞
実証試験の実施にあたり、小泉川養魚場の小椋勝美代表をはじめ従業員の方々に多大なご協力をいただいた。ここに記して謝意を表す。

文 献1) 野嶋賢吾, 鈴木好明, 柏木秀文, 佐藤崇弘, 木村勝典; マイクロ水力発電システムに関する研究, 鳥取
県産業技術センター研究報告, No.9, p.11-14，(2006).
2) 野嶋賢吾, 柏木秀文, 桑原豊彦; マイクロ水力発電システムの開発, 鳥取県産業技術センター研究報告No.11, p.44-45, (2008).
3) 野嶋賢吾, 柏木秀文, 鈴木好明, 桑原豊彦, 今岡睦
明, 菊井一樹; マイクロ水力発電システムの開発
試作 1 号機の実証試験, 鳥取県産業技術センター研究報告 No.12, p.37-41,(2010).

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