平成 24 年度“小水力と地中熱を活用した分散型農村エネルギー
自給構想に関する研究”報告書

2013 年 3 月

共同研究者プロフィール【共同研究者代表】

上坂博亨

富山国際大学【共同研究者】

丁子

子ども育成学部

哲治

富山高等専門学校【共同研究者】

【事

務

上田

教授

物質化学工学科

教授

晃

富山大学

大学院理工学研究部

教授

社団法人

北陸建設弘済会 北陸地域づくり研究所

局】

本書は、社団法人北陸建設弘済会が公益事業で実施している「北陸地域の活性化に関する研究助成事業」で共同研究を行った[小水力と地中熱を活用した分散型農村エネルギー自給構想に関する研究]の成果をまとめた報告書として、刊行したものです。

平成 25 年 3 月
社団法人

北陸建設弘済会

北陸地域づくり研究所

目
1.

2.

3.

はじめに .................................................................................................................... 1
1.1

研究の全体的な背景 ............................................................................................ 1

1.2

事業の内容とその特徴 ......................................................................................... 4

小水力発電による電気軽トラ用バッテリー基地機能の検討 ....................................... 5
2.1

研究の背景と目的 ................................................................................................ 5

2.2

開発内容 .............................................................................................................. 62.2.1

要求仕様 ....................................................................................................... 6

2.2.2

設計した回路の概要 ..................................................................................... 6

2.3

プログラム動作の検証 ......................................................................................... 82.4

バッテリー充電制御回路の特徴 ........................................................................... 9ＥＶ（電気自動車）の電力消費特性調査および電気軽トラック改造技術調査 ......... 11
3.1

研究の背景と目的 .............................................................................................. 113.2

農業用小型トラックの運用状況の調査 .............................................................. 113.2.1

農業用小型トラックの走行状況の調査 ....................................................... 113.2.2

農業用小型トラックの走行ルートの測定 .................................................... 123.2.3

電気自動車の走行特性測定 ......................................................................... 12

3.2.4

調査票による利用状況調査 ......................................................................... 13(1)

8 月調査結果 ............................................................................................... 13(2)

9 月調査結果 ............................................................................................... 15(3)

10 月調査結果 ............................................................................................. 16

3.3

結果および考察 ................................................................................................. 17

3.3.1

自動車走行におけるエネルギー収支による検討 ......................................... 173.3.2

農村における農業用小型トラックの運行状況 ............................................. 18

3.3.3

黒部扇状地の地形と農業用小型トラックの走行経路 .................................. 19

3.3.4

黒部川扇状地での走行に関する考察 ........................................................... 20

3.4
4.

次

まとめ ............................................................................................................... 22

地中熱ヒートポンプに適した地下水の水質の検討 ................................................... 23
4.1

研究の背景と目的 .............................................................................................. 23

4.1.1

富山県内の地下水の状況 ............................................................................ 23

4.1.2

富山県での気温・地下水温 ......................................................................... 25

4.1.3

地中熱ヒートポンプとは ............................................................................ 26

5.

6.

4.2

調査内容 ............................................................................................................ 29

4.3

分析結果と考察 ................................................................................................. 31

4.4

水質の連続モニタリング ................................................................................... 38

4.5

まとめ ............................................................................................................... 39

研究成果からの提言 ................................................................................................. 40
5.1

各調査研究結果を踏まえた総括 ......................................................................... 40

5.2

今後の展開 ........................................................................................................ 40

5.3

地域への研究成果公開・還元 ............................................................................ 41

引用文献 .................................................................................................................. 43

図

目

次

図 1.1-1

小水力と地中熱を活用した分散型農村エネルギー自給構想 ............................. 2

図 1.1-2

軽トラックの電気化による効果 ....................................................................... 2

図 1.1-3

扇状地農村地帯に最適の軽トラスペック ......................................................... 3

図 1.1-4

地中熱利用 ....................................................................................................... 3

図 2.2-1

制御回路のブロックダイヤグラム .................................................................... 7

図 2.2-2

制御回路図および 5 つのブロック .................................................................... 8

図 2.3-1

制御プログラム：フローチャート .................................................................... 9

図 2.3-2

制御コントローラのプログラムシミュレーション画面 .................................... 9

図 2.4-1

バッテリー充電制御回路の処理の流れ ........................................................... 10

図 3.2-1

計測に使用した SAMSUNG ELECTRONICS 社製 GALAXY Tab ................ 12

図 3.2-2

使用した電気自動車および電力消費量測定状況 ............................................. 13

図 3.2-3

1 日あたりの走行距離の変動(8 月) ................................................................. 14

図 3.2-4

1 日あたりの走行距離の割合(8 月) ................................................................. 14

図 3.2-5

1 日あたりの走行距離の変動(9 月) ................................................................. 15

図 3.2-6

1 日あたりの走行距離の割合(9 月) ................................................................. 15

図 3.2-7

1 日あたりの走行距離の変動(10 月) ............................................................... 16

図 3.2-8

1 日あたりの走行距離の割合(10 月) ............................................................... 16

図 3.3-1

電気自動車の実測走行データ ......................................................................... 18

図 3.3-2

軽トラック 1 日あたりの走行距離分布 ........................................................... 19

図 3.3-3

V 字パターンとなっている走行経路の一例 .................................................... 20

図 3.3-4

Λ字パターンとなっている走行経路の一例 .................................................... 20

図 4.1-1

富山県内の河川の傾斜（県資料） .................................................................. 23

図 4.1-2

用途別地下水採取量の経年変化（地下水条例指定地域）（県資料より） ........ 24

図 4.1-3

地下水位の変化（2009 年度地下水の現況：富山県より） ............................. 24

図 4.1-4

過去 16 年間の地盤沈下量（県資料より） ..................................................... 25

図 4.1-5

地下水中の塩化物イオン濃度（2004 年）（県資料より） ............................... 25

図 4.1-6

富山県の最高気温と最低気温の変化と降水量 ................................................ 26

図 4.1-7

地中熱ヒートポンプの概要 ............................................................................ 27

図 4.1-8

密閉型（左）と開放型（右）地中熱ヒートポンプ ......................................... 27

図 4.1-9

黒部扇状地の概要 .......................................................................................... 28

図 4.2-1

地下水・河川水採取場所 ................................................................................ 29

図 4.2-2

地下水・河川水試料番号 ................................................................................ 30

図 4.2-3

地下水採水１ ................................................................................................. 30

図 4.2-4

地下水採水２ ................................................................................................. 31

図 4.3-1

地下水の水温（℃） ....................................................................................... 32

図 4.3-2

地下水の電気伝導度(EC；mS/m） ................................................................ 33

図 4.3-3

地下水中の Ca 濃度(mg/L) ............................................................................. 33

図 4.3-4

地下水中の炭酸濃度（HCO3： ：mg/L） ......................................................... 34

図 4.3-5

地下水の EC と pH ........................................................................................ 34

図 4.3-6

地下水の EC と Cl 濃度 .................................................................................. 35

図 4.3-7

地下水の EC と HCO3 濃度 ............................................................................ 35

図 4.3-8

地下水の HCO3 と Ca 濃度 ............................................................................. 36

図 4.3-9

地下水と河川水の水素・酸素同位体組成 ....................................................... 36

図 4.3-10

黒部川扇状地地下水の起源 .......................................................................... 37

図 4.3-11

黒部川扇状地地下水の推定された起源水の割合 ........................................... 37

図 4.4-1

八幡地区の地下水の連続水質モニタリング結果 ............................................. 38

図 5.3-1

本研究の成果の地域への還元・効果 .............................................................. 41

図 5.3-2

ネットワークの構築 ....................................................................................... 42

表

目

次

表 1.2-1

実施スケジュール ............................................................................................ 4

表 2.2-1

バッテリー充電制御回路の要求仕様 ................................................................ 6

1.

はじめに

1.1

研究の全体的な背景

県内の農業地帯には用水路水が持つ運動エネルギーや、地下水が持つ熱エネルギーをはじめとして、様々な未利用エネルギー資源が存在する。このうち、農業用水路で有望視されている 10kＷ以下の小水力発電の技術開発が、中小企業により精力的に推進されている。しかしこのような小規模発電事業では、売電によって利益確保することは困難で、むしろ地域での自家利用の方が経済的に望ましい。農村地帯では農耕用の移動・運搬手段として軽トラックが日常的に使用されており、その保有率は 2010 年度では 88%と高い（日本自動車工業会, 2010）。その一方でガソリンスタンド数は全国的には 2009年から 2010 年にかけて年間約 4%、10 年間では約 27.8%の減少を示している（資源エ
ネルギー庁,2011）。ガソリンスタンドの撤退は主に農村部を中心として発生しており、農村部でのガソリン型軽トラック利用は今後燃料調達の面からもコスト高となることが容易に想像できる。一方、地下水や地熱水が持つ熱エネルギーは、最近では HP（ヒートポンプ）による室内の冷暖房や消雪に利用されつつある。県内には豊富な地下水が存在するが、その熱利用は未開発である。
以上のような背景の中で、我々は地域が持つ再生エネルギー資源利用として、農業用
水による小水力発電や、地熱水（高温の温泉）を利用した発電の電力を、地域の作業用・移動用交通手段である軽トラックに供給すると共に、室内冷暖房・温室などへの温熱利用をすることを着想した（図 1.1-1）。軽トラックはマニュアルシフト車が多く、電気自動車に改造することは技術的には比較的容易である。この電気軽トラにガソリン代替として電力を供給すると、電力価値はガソリン換算されるため経済的メリットが大きい（図 1.1-2、図 1.1-3）。またバッテリーを交換可能とする一方で、小水力発電によって常時バッテリーを充電して、必要に応じて交換する仕組みを確立し、充電時間が節約されるだけでなく電池交換しながら航続距離を気にすることなく日常利用が可能になる。
ここで、充電が終了した小水力発電所では余剰電力が発生する。そこで余剰電力を用いて温水を作り出し、これを農業用ハウスの暖房、家屋の温水利用、冬の消雪などに利用
すれば、電力バランスを保ちながら効率的エネルギー利用が促進されることが期待できる（図 1.1-4）。さらに温水製造においては地中熱 HP を利用することで熱効率向上が期待できる。扇状地のような農業地帯は温度変動の少ない良質の伏流水が大量に存在し、地中熱を利用するには好適な条件と言える。
以上のようにして本研究は、農業地帯における低炭素社会の実現と農業コストの低減のために、小水力と地中熱を併用した分散型農村エネルギー自給システムのモデル開発を目指すものである。

1

図 1.1-1 小水力と地中熱を活用した分散型農村エネルギー自給構想

図 1.1-2 軽トラックの電気化による効果

2図 1.1-3 扇状地農村地帯に最適の軽トラスペック

図 1.1-4 地中熱利用

3

1.2

事業の内容とその特徴

本事業では以下の 3 つの課題を設定し、その実施スケジュールを表 1.2-1 に示す。
① 水力発電による電気軽トラ用バッテリー基地機能の検討（富山国際大・上坂）
電気軽トラに過不足なくバッテリーを供給するための、扇状地における適正な小水力発電所の発電量と箇所数の推算、各発電所の電力制御システムの設計を行う。
②ＥＶ（電気自動車）の電力消費特性調査および電気軽トラック改造技術調査（富山高
専・丁子）
緩斜面が連続する扇状地における EV の電力消費特性および農村地帯での利用度（走行距離・時間など）を調査し、電気軽トラに最適なバッテリー容量を検討する。
③地中熱ヒートポンプに適合した地下水の水質の検討（富山大・上田）
地下水や地熱水が持つ熱エネルギーをＨＰより抽出し、農業用温室や室内冷暖房への実用化可能性を評価する。このための利用可能地域の選定や、熱交換時のトラブルとなるスケールの防止のために、地下水の流動解析や水質評価を行う。

表 1.2-1 実施スケジュール
項目（担当）

4月

5月

6月

7月

8月

EV特性調査

9月

10

11

12

月

月

月

電力消費特性調

軽トラ利用特性調査

小水力調査

発電所箇所数検

バッテリー充電制御

1月

2月

まとめ

まとめ

地下水調査
地下水流動調査

水質検討

4

まとめ

3月

2.

小水力発電による電気軽トラ用バッテリー基地機能の検討

2.1

研究の背景と目的

農業用水路の豊富な水力エネルギーを利用して小水力発電を行おうとする試みが全国で活発化している。とりわけ東日本大震災の後は原子力発電に代わる新しい発電方式として再生可能エネルギーを用いた太陽光発電、風力発電、小水力発電、地熱発電に大きな期待が寄せられておりさまざまな取り組みが始まっている。2011 年 7 月 1 日からは再生可能エネルギーの固定価格買取制度が開始され、特に太陽光発電については設置件数が飛躍的に伸び 2011 年 11 月までに 72 万 kW の施設が認定をうけている。小水力
発電についてはまだ飛躍的な普及が進む段階には至っていないが、同年同月までに570kW 余りが認定を受けている状況である。
小水力発電が爆発的に普及しない原因として、発電水利権の取得手続きの煩雑さが指摘されている。これに関しても農業用排水を利用した小水力発電に関しては、法定水利権が設定されている農業用水路において、その流量を変えることなく規定流量の中で発電を行う場合には「従属発電」とみなし、水利権申請を簡素化する措置が施行された。
また農業用水の小水力発電において、発電出力が一定規模未満で、かつ、他の水利使用（従属元の水利使用）に対して、その使用水量が減少するなどの影響を与えないようなケースでは、水利権許可に代わり届出制度を導入するなど届け出制度も検討されている。
以上のように農業用水路における小水力発電の普及が水利権申請の緩和の側面から後押しされる一方で、発生した電力を有効に消費するビジネスモデルの開発は十分とは言えない。固定価格買取制度による売電によって経済性が高まっているとはいえ、農業用水路を簡便に利用した発電所の規模はせいぜい数 kW から 10kW 程度であり、地域にメリットをもたらすほどの経済的実感がないのが実情である。また固定価格買取制度で定められた買取価格は 3 年後ないしは 5 年後には見直され暫時引下げられる事が見込
まれている。このことから考えれば売電だけに頼った小水力発電のビジネスモデルからの脱却と新たな電力利用モデルの開発が求められる事は明白である。
本研究がめざす「小水力発電による電気軽トラ用バッテリー基地機能」は、農業用水路ネットワークを利用して発電し、電力を地域の農業用モビリティーである「電気軽トラ」で使用するためにバッテリーに充電し、バッテリーが満充電の時には電力を捨てる
ことなく活用するために自動的に他の目的に切り替えて行くための制御回路を備える
事にポイントがある。とりわけモデル地域として選択した黒部川扇状地は地下水が豊富であることから、地下水の持つ地中熱を利用して温熱を作り出す地中熱ヒートポンプ（Geo-HP）システムと連携させ、小水力発電の電気を有効に活用する制御が実行できる制御回路を開発することを目的として本年度はその回路設計に着手した。

5

2.2

開発内容

2.2.1

要求仕様

1kW から 5kW 程度の小水力発電所を対象として、①電気軽トラ用バッテリー（2 本）の充電と、②地中熱ヒートポンプの運転制御を行うための制御回路を設計した。回路設計を行うための要求仕様を表 2.2-1 に示す。
表 2.2-1 バッテリー充電制御回路の要求仕様① 小水力発電所の電力を用いて軽トラ用のリチウム電池の充電ができること。
② リチウム電池の充電本数は 2 本とし、随時電池の抜き差しに対応できること。
③ 電池の抜き差しに当たっては、操作者に危険が無いような安全機構（電流遮断など）を有すること。
④ 2 本の電池とも未充電の場合は、まずどちらかの 1 本を優先して充電し、それが満充電の後に他方を充電する順序とすること。
⑤ 2 本のリチウム電池が満充電になった後は、地中熱ヒートポンプの運転に自動的に切り替わること。
⑥ 地中熱ヒートポンプ運転中に未充電のリチウム電池が挿入された場合には、地中熱ヒートポンプの運転出力を下げてリチウム電池充電を並行充電できること。
⑦ 地中熱ヒートポンプまたはリチウム電池充電の動作の優先順位について、切り替
え可能であること（強制的にどちらかを優先にできること）。
⑧ リチウム電池が満充電となり、さらに地中熱ヒートポンプの湯量が設定温度満杯となった場合にはどちらの動作も停止させ、ダミーロードによって電力を消費する機能を有すること。
⑨ リチウム電池または地中熱ヒートポンプに異常が発生した場合には充電または通電動作を自動的に停止する機構を有すること。
⑩ 非常時には緊急的に回路の停止ができること。ただし水力発電装置を損傷しない
安全停止が可能であること。
⑪ 異常発生時には、メール等で管理者に通報すること⑫ バッテリー充電状態を遠隔監視サーバーに自動送信できること。このデータは軽トラ側から参照できるようにシステム化できること。
2.2.2

設計した回路の概要

バッテリー充電制御回路のブロックダイヤグラムを図 2.2-1 に、制御回路図を図
2.2-2 に示す。回路は大きく分けて①電源部、②蓄電部（回路安定化用）、③軽トラバッ
テリー充電回路、④Geo-HP 駆動回路、⑤制御コントローラ部からなる。電源部および蓄電部では、小水力発電所からの入力（200V ・3 層交流）を DC24V に変換し、鉛蓄蓄電池にバファリングする。これによって水車の出力変動を平準化し、回路の最終出力6を安定化させる。整流用として定電圧・定電流直流電源回路を用い、安定した直流を得ることとして設計した。また整流の前段階にダミーロードを挿入し、安定化バッテリーや軽トラ用バッテリー、Geo-HP にいずれでも電力消費が無い場合にそなえて電力を消費するための非常回路を設けている。小水力発電所からの入力電流および電圧と、
DC24V の電流および電圧はセンサーでモニタして制御コントローラに入力される。
軽トラバッテリー充電回路と Geo-HP 駆動回路は主に DC24V から AC100V を得るためのインバータと、その回路への通電／遮断を行う SSR（Solid State Relay）からなる。インバータ出力はその下流側に接続される回路によって変更するが現段階では
2kW 程度を想定している。交流出力回路を流れる電流は電流センサーでモニタして制御コンロトローラに入力される。
制御コントローラ部は、回路への入力電力（3 層交流 200V）、安定化用バッテリー電圧、交流出力の各チャネル電流、電気軽トラ用バッテリーの抜き差しおよび充電電流、地中熱ヒートポンプの出力電流を監視しながら、交流出力の各チャネルの SSR を
ON/OFF することを目的としている。プログラムは LabVIEW(National Instrumants社製)を用いて開発し、センサー入力の値を監視しながらセンサー値が変化したことを引き金に動作するイベントドリブン型制御を実行している。

図 2.2-1 制御回路のブロックダイヤグラム

7図 2.2-2 制御回路図および 5 つのブロック
2.3

プログラム動作の検証

開発した制御コントローラのプログラム（図 2.3-1）は、シミュレータソフトウェア
を用いて動作検証を行った。検証項目は要求仕様書にそって設定し、シミュレータを操作しながら結果を目視確認した。図 2.3-2 にシミュレータ画面を示す。画面左の発電量
バーは小水力発電所の出力を表し、あらかじめ適宜設定しておく。バッテリー挿入ボタ
ンをマウスで押下することで電気軽トラ用バッテリーの抜き差しが疑似的に行われる。
バッテリーを抜き差しすることでバッテリーへの充電が開始された。バッテリー優先順位スイッチを切り替えると、バッテリー１および２の優先順位が変わり、優先度の高いバッテリーから充電される事がバッテリー残量計にて確認できた。バッテリーへの充電が満杯となると、自動的に回路が切り替わり Geo-HP が動作する。その結果として貯湯
タンクの湯温が上昇することが確認できた。湯温が 100℃になると自動的に Geo-HP が停止する。すると貯湯タンクの湯温は徐々に下がり始め、規程以下の温度にまで降下すると自動的に Geo-HP が ON となり、再び温度が上昇を始めることも確認できた。なお、バッテリー1,2 ともに満充電かあるいは抜き取られており、さらに貯湯タンクの温度が規定値（95℃：設定可能）に達すると発電した電力は消費先を失うためダミーロー
ドに流れ、図 2.3-2 で見られるようにオレンジ色のランプが点灯することが確認できた。
以上の様にして制御プログラムの動作の妥当性を検証した。

8

図 2.3-1 制御プログラム：フローチャート

図 2.3-2 制御コントローラのプログラムシミュレーション画面
2.4

バッテリー充電制御回路の特徴

本研究で開発したバッテリー充電制御回路は農業用水路をもちいた小水力発電を電源として使用することを前提としている。一方、農業用水路の流量は季節によって変動9するばかりでなく降雨などによっても増減する事が知られており、それは発電所の出力変動となって現れる。充電制御回路から安定した出力を得るためには回路に入力する電圧と電流を安定化する必要があるため、本回路では DC24V を中間電力とし、鉛蓄電池を用いて電力の安定化を図った（図 2.4-1；中間電力バッテリー）。また軽トラ用バッ
テリー充電や Geo-HP の動作制御は制御コントローラのプログラムロジックによって実行されるため、制御シーケンスを変更する必要があればソフトウェア変更によって可能である。このことはバッテリー基地の小水力発電所の出力や、そこに常駐させるバッ
テリーの本数、Geo-HP の出力などによって変動する要求動作に柔軟に対応する事に有益であると考えている。

図 2.4-1 バッテリー充電制御回路の処理の流れ

10

3.

ＥＶ（電気自動車）の電力消費特性調査および電気軽トラック改造技術調査

3.1

研究の背景と目的

日本の国土は、温帯モンスーン地帯であり、降雨量が多い。また、国土の多くは山岳地帯であり、そこを水源とする急峻な河川も多いことで特徴づけられる。そのような河川のうち、日本列島の本州島中央部の 3,000ｍ級の山岳地帯を水源地として日本海に流入する黒部川は、「滝のような」と比喩されるほどに急流を作り、山岳地帯を抜けたところに典型的な扇状地を作っている。この扇状地も比較的急勾配であり、農業用の用水を流れる水量も多く急流である。このようなことから、この水力をらせん水車等を用いて農業に活用してきた歴史があるが、やがては大規模電力網の普及により電動モーターに取って代わってしまった。
この黒部川扇状地は、多くが農地として利用されている。通常の扇状地では砂礫層が厚く堆積し、地下水が地中深くに浸透してしまうため、地表付近は乾燥しやすく畑になっていることが多いが、黒部川扇状地も地中には砂礫層が堆積しているものの近年は土壌改良などによって稔り豊かな水田地帯となっている。
一方、エネルギー資源のほとんどを輸入に頼っているわが国では、これまで地球温暖化対策として再生可能エネルギーに関心が集まっていたが、2011 年 3 月の福島原子力発電所の事故を大きな契機として、一段と再生可能エネルギーの開拓とその利活用に関する関心が高まってきている。このようなことから、黒部川扇状地において、一度は衰退した小規模水力について、小水力発電の形での利用が注目を浴びており、その電力の使用形態として電気自動車への供給が地域の活性化の手段として期待されている。
本調査研究では、豊富な水エネルギー賦存量を誇る黒部川扇状地をモデル地域として、
小水力発電による電力を電気自動車化した農業用小型トラックに充電するシステムを構築することにより、当該地域の活性化を図ることを目的に、電気自動車普及に向けた検討を行っている。既に、著者らは、ガソリン自動車及び電気自動車の走行状況に関して簡単なモデル式で表現することを提案している。本研究では、このモデル式に基づいたシミュレーションの結果から、黒部川扇状地において電気自動車による地域活性化に関する可能性について検討した。
3.2

農業用小型トラックの運用状況の調査

3.2.1

農業用小型トラックの走行状況の調査

10 軒の農家に協力を依頼し、農業用小型トラックを使用する毎に、その走行距離を調査用紙に記入する方法で調査した。調査項目は、出発時間、終了時間、業務目的、出発時距離計目盛、終了時距離計目盛である。期間は、2012 年 8 月～10 月の 3 か月間とした。この調査により１回あたりの走行距離が計測できる。

11

3.2.2

農業用小型トラックの走行ルートの測定

移動する農業用小型トラックの移動距離、速度、道路勾配の上下などを計測することが必要である。このようなデータを経時的に一括して収集するために、本調査研究用に開発した、スマートフォン向けアプリの“EVE2”を使用した。基本的アプリは既に開発済みであったが、軽トラの運転手にも容易に操作できるようにプログラムを大幅に変更したものである。このアプリの機能は、スマートフォンが内蔵している GPS 機能のデータを３秒間隔でサーバーに送信することができる。使用したスマートフォンは
SAMSUNG ELECTRONICS 社製 GALAXY Tab（図 3.2-1）である。このスマートフ
ォンを GPS 衛星からの受信の妨げにならないように、農業用小型トラックの運転席側
ダッシュボード上に設置した。さらに、スマートフォンからのデータは、約３秒ごとに通信事業者（NTT docomo）の３G 回線を使用し、富山高等専門学校のサーバーに送信した。なお、GPS では種々のデータが得られるが、今回は時刻、緯度、経度、時速、
標高等の情報を利用した。

図 3.2-1 計測に使用した SAMSUNG ELECTRONICS 社製 GALAXY Tab
3.2.3

電気自動車の走行特性測定

農業用小型トラックが走行するルートを電気自動車が走行するとした場合のシミュ
レーションを行うための基礎データとして、移動する電気自動車の移動距離、速度、道
路勾配の上下などを計測することが必要である。このようなデータを経時的に一括して収集するために、前述のスマートフォン向けアプリの“EVE2”の利用による走行ルー
トの計測並びに、電気自動車の電力消費量を実測した。使用した電気自動車は、黒部市

12宇奈月温泉街を走行する「EMU」を使用した。この電力消費量を計測するために、DC
電流センサー（日置電気㈱製 DC センサー定格 500A を使用）を接続させた直流積算電力計（日置電気㈱製 AC/DC パワーハイテスタ）を使用した（図 3.2-2）。

図 3.2-2 使用した電気自動車および電力消費量測定状況

3.2.4

調査票による利用状況調査

各月ごとの調査結果を以下に示す。
(1) 8 月調査結果
1 日当たりの走行距離を見ると、20ｋｍまでの移動が全体の 6 割と大部分を占めている。1 日当たりの走行距離平均は約 20ｋｍであった。最長移動距離は 94ｋｍ
であった。

13

図 3.2-3 1 日あたりの走行距離の変動(8 月)

図 3.2-4 1 日あたりの走行距離の割合(8 月)

14(2) 9 月調査結果
1 日当たりの走行距離を見ると、20ｋｍまでの移動が全体の約 5 割を占め、1 日当たりの走行距離平均は約 23ｋｍと 8 月より全体的に利用距離が長くなっている。
最長移動距離は 73ｋｍであった。

図 3.2-5 1 日あたりの走行距離の変動(9 月)

図 3.2-6 1 日あたりの走行距離の割合(9 月)

15

(3) 10 月調査結果
1 日当たりの走行距離を見ると、20ｋｍまでの移動が全体の約 6 割と大部分を占めている。1 日当たりの走行距離平均は約 18ｋｍと全体的に利用距離が短くなっている。最長移動距離は 140ｋｍであったが、40ｋｍまでの走行が全体の 95%とほとんどである。

図 3.2-7 1 日あたりの走行距離の変動(10 月)

図 3.2-8 1 日あたりの走行距離の割合(10 月)

16

3.3

結果および考察3.3.1

自動車走行におけるエネルギー収支による検討

自動車が走行する際には空気抵抗、ころがり抵抗、勾配抵抗および加速抵抗などによってガソリン自動車の場合にはガソリンが、電気自動車の場合には電力が消費される。
これをエネルギー収支式で表すと次のようになる。

ΔE＝1（h Δh）- h} η （１）m{( v Δv) 2 - v 2 }  mg{
2

ここで、ΔE は自動車を走行させるためにガソリンや電力が消費されるエネルギーである。Δv は自動車の走行速度の増減、Δ h は標高差を示し、前者は運動エネルギーの増減、後者は位置エネルギーの増減を表す。ηは、走行時の自動車にかかる走行抵抗に関する項である。また、 m は車体重量を意味する。なお、自動車走行の詳細な解析は、エンジンの性能、車体の形状やドライバーの運転などを考慮すべきであるが、本研究では上式のエネルギー収支式に基づいた解析を試みた。さらに、解析を容易にするために、種々の一定速度の条件で測定を行った。（１）式は、速度が一定となる場合に運動エネ
ルギーの項は速度変化がないため 0 となることから、次式のように表される。なお、η
は、一定速度の場合に一定値 C となるとした。

ΔE＝ mgΔh  C（２）

ガソリン自動車と電気自動車のそれぞれ燃費及び電費と坂道走行の関係について種々の速度で実測した結果は、（２）式を満足するものであることは、既に報告した。すな
わち、ガソリン自動車及び電気自動車ともに、一定速度で走行させた場合ではエネルギ
ー消費量と勾配の関係は一次式で表すことができ、その直線関係の傾きは車体重量、勾配 0 の時の切片は走行時の空気抵抗やころがり抵抗などに相当する
図 3.3-1 に実測値の一例を示すが、この図から次のことが分かる。
（１）図 3.3-1 の傾きが、車体重量を意味する。したがって、車体重量が大きいほど傾
きが大きくなり、ΔE=０となる道路勾配が小さくなる。ガソリン自動車の場合には車体重量が大きいことは燃費の観点からは不利であるが、電気自動車の場合には回生システムが機能すれば、車体重量は大きな問題ではないことが言える。
（２）図 3.3-1 には示していないが、低速度ほどΔｈ＝０の時の切片が低い値を示す。
このことは、よりなだらかな道路勾配でΔE＝０に達してしまい、ガソリン自動車の場合には位置エネルギーが回収されなくなる。電気自動車では回生システムを機能させることによりエネルギーの回収が可能である。すなわち、低速度において電気自動車はガソリン自動車に対して優位となる。

17

（３）穏やかな勾配の道路では、上り勾配で使用したエネルギーは下り勾配で回収されることである。このことは、ある起点からどのような経路を辿ろうとも元の起点に戻ることを考えた場合には、ガソリン自動車であれ、電気自動車であれ、平坦路を走行する場合と等しいことを意味する。この起点において充電することを考えると、合理的な電気自動車の運行ができると考えられる。すなわち、電気自動車の場合には、バッテリー容量の増大が車体重量を重くする主な要因であるが、充電ステーションを起点近くに設置することにより頻度高く充電が可能であり、基本的にバッテリー容量を大きくする必要がなくなる。
0.2

power consumption(kWh/km)

0.16

0.12

0.08

0.04

0
-30

-20

-10

0

10

20

30

difference of altitude(m/km)

図 3.3-1 電気自動車の実測走行データ
3.3.2

農村における農業用小型トラックの運行状況

10 台の農業用小型トラック１日当たりの走行距離について約 3 か月調査した結果を
図 3.3-2 に示す。住宅の近隣に農地があり、ほとんど活動範囲は 10km 以内であることがわかる。すなわち、往復で 20km を超えることは多くない。
電気自動車の 1 充電当たりの走行距離を伸ばすためには、容量の大きい充電池を搭載する必要があるが、その場合には電池が高価であることから車体価格が高くなるばか
りでなく、車体重量が重くなり、燃費効率が悪くなる矛盾を示す。しかしながら、ほぼ毎日充電が可能であれば、走行距離がこのように 20km 程度であれば、充電池の容量も大きくする必要がなく、安価な車体価格とすることが可能である。
なお、時々長距離を走行するデータがあるが、これはガソリンスタンドへ行く場合が含まれている。農地の近くにはガソリンスタンドがなく、最寄りのガソリンスタンド
は、10～20km ほど離れた市街地に近いところまで行かなければならない。

18

図 3.3-2 軽トラック 1 日あたりの走行距離分布
3.3.3

黒部扇状地の地形と農業用小型トラックの走行経路

農業用小型トラックの走行状況を、より具体的に把握するために、その 1 台に携帯電話を搭載した走行状況の計測を行った。この計測により、どのような勾配を上下して走行したかの詳細データが得られた。その一例を下図に示す。この例では、出発点が最高位置にあり、業務を果たすために低位置に移動する、V 字パターンとなっている（図3.3-3）。一方、その逆のΛパターンもある（図 3.3-4）。すなわち、出発点が低位置にあり、業務を果たす地点が好位置にある場合である。

19

図 3.3-3 V 字パターンとなっている走行経路の一例

図 3.3-4 Λ字パターンとなっている走行経路の一例
3.3.4

黒部川扇状地での走行に関する考察

ガソリン価格の上昇に伴って、フルサービス型のガソリンスタンドがセルフ式のガソ
リンスタンドに置き換わるばかりではなく、特に農村地などにおいてはガソリンスタン
ドの数が減少傾向にありガソリンの給油のために都市部に出てこなければならないという不便な状況が拡大している。黒部川扇状地でも例外ではない。都市部は扇状地の扇端部に位置し、扇頂付近の農村地域からは、十分な距離がある。したがって、通常の農20

作業での走行距離よりも長い距離を給油のために走行する結果となっている。これが、電気自動車で農作業の範囲に充電施設があることによって、このような給油のための無駄なエネルギーを使用しなくても済むようになる。
電気自動車は、電動モーターを動力発生源として推進し、自動車に搭載している電池
からだけのエネルギーの供給を受ける自動車を言う。電気自動車の歴史は 19 世紀に遡るが、バッテリー容量の限界による航続距離の短さが原因となり、安価なガソリン自動車の出現により今日まで広く普及するには至っていない。しかしながら、ここで注目している黒部川扇状地では、水力が豊富であり、この水力によって得られた電気エネルギ
ーを電気自動車に供給するコミュニティーを構築することによって、ガソリン自動車が電気自動車に代替される可能性があると考えられる。すなわち、ガソリン価格の上昇傾
向にある日本においては、農村地域における自動車の利用に関して、一般的に考えられている短い航続距離がデメリットにならず、それよりもガソリン自動車より電気自動車の方が利便性や経済的にも有利であるような条件がそろう可能性がある 1、2）。
出発地点の高度が高く、農作業に向かう地域が低地にある場合には、出発地点で満充電すると、勾配を下る際に回生システムが機能して充電しようとしてももはや充電はされず、無駄になる。この場合には、最低地点で充電が行われることが効果的であろう。
一方、出発地点の高度が低く、農作業に向かう地域が高地にある場合には、出発地点で満充電しておき、勾配を上るときの大量エネルギー消費に備えることができる。農作業が終了して、出発地点に戻る際に、勾配を下り回生システムが機能して充電池に充電される。この場合には、出発地点で充電が行われることが効果的であることは言うまでもない。このように、出発地点から高度が高い方向に向かうか、低い方向に向かうかによって、充電場所の位置が異なることが必要である。
電気自動車の充電方式は、種々考えられる。急速充電、緩速充電、電池交換方式等である。充電時間の観点からみると、緩速充電が最も時間を要し、電池交換式が極めて短時間である。充電設備のコストを考えると、急速充電方式が最も高コストである。お互いが共通の契約関係にあるコミュニティーの範囲内での運用では、電池交換式が最も利便性が高いと考えられる。水田で稲作を営むわが国の農家では、比較的大きなコミュニティーを作り、共通の情報共有のもとで農作業を行っている。このような組織内では、十分に電池交換方式が機能する。
電池交換方式に関するメリットは、最小の電池を搭載することによって車体重量の軽量化が図れる。このことは、エネルギー効率の最大化が図れる特徴がある。ただし、地域内の集荷所に充電池を充電しつつ保管することが必要であり、充電池を必要とする電気自動車への情報提供が必要である。このように考えると、電気自動車のエネルギー消費量と充電池供給地における充電池の準備状況との情報共有のためのネットワークが必要となってくる。
自動車に搭載されて種々の情報をネットワーク化する方法として、高性能なテレマテ

21ィクスが開発され、実用化している。しかしながら、大手自動車メーカーが独自の通信方法で実施しているため、それらの情報は異なるメーカーによる自動車には利用できな
い現実がある。そこで、農業用小型電気自動車にも搭載可能で安価なネットワークシス
テムをコミュニティー単位で構築することが必要となる。著者らは、その端緒としてス
マートフォンを活用したアプリケーションの開発にも取り組んでおり、その一端として本研究における自動車走行状況測定に利用した。
3.4

まとめ

黒部川扇状地では、勾配のある地形であり、農業用水による小水力発電が可能であり、その電力を活用した電気自動車の利用が期待される。さらに、勾配地形においては、従来のガソリン自動車よりも長距離走行ができない電気自動車であってもいくつかの実
用上のメリットが見られた。すなわち、回生システムを持つ電気自動車の場合には、充電ステーションを適所に設置することにより頻度高く充電が可能であれば、バッテリー
容量を大きくする必要がなく、車体重量を軽量化が図られ、自然エネルギーによる発電が進められる農村地域などに適していることが考えられた。

22

4.

地中熱ヒートポンプに適した地下水の水質の検討

4.1

研究の背景と目的

4.1.1

富山県内の地下水の状況

富山県内、特に黒部扇状地周辺は、地下水が豊富なことで知られている。これは、立山連峰から海岸までの距離が短く、河川の傾斜が急であるため、山岳地域の降雪・降雨が短期間の間に多量の地下水となって、扇状地を流れるためである（図 4.1-1）。このことから、この地域の地下水は、岩石とあまり反応していないため、ミネラル成分が少ない軟水となっている。

図 4.1-1 富山県内の河川の傾斜（県資料）
県内では、豊富な地下水を様々な用途に利用している（図 4.1-2）。2004 年度では、
県全体で１億 3,200 万トンの水が汲み上げられている。用途別にみると、県全体では、
道路用消雪として、年間約 3,000 万トンが汲み上げられている。図 4.1-3 は、県の観測
井の年間の水位変化を示したもので、冬場の消雪用に地下水が汲み上げられることにより、水位が 5m 以上低下している。このような地下水の水位の低下は、地盤沈下を発生させる原因の１つとなっている県内では、過去 16 年間で最大 86mm も沈下した場所もある（図 4.1-4）。また、地下水の汲み上げによる、地下水の塩水化（海水が混入）も発生しており、2004 年度の調査時には、河口から上流の内陸部まで 100mg/L 以上の塩濃度の地下水が観測されていた（図 4.1-5）。

23

1989 年

1994 年

1999 年

2004 年2009 年

図 4.1-2 用途別地下水採取量の経年変化（地下水条例指定地域）（県資料より）

図 4.1-3 地下水位の変化（2009 年度地下水の現況：富山県より）24

図 4.1-4 過去 16 年間の地盤沈下量（県資料より）

図 4.1-5 地下水中の塩化物イオン濃度（2004 年）（県資料より）
4.1.2

富山県での気温・地下水温図 4.1-6 は、富山県の年間の気温変化を示している。県内では、夏は 35℃に、冬は 0℃となる。一方、地下水の水温は年間を通じて、15℃に維持されている。この気温と地下水との温度差を利用して、工場や家庭での夏は冷暖に、冬は暖房に使うことが可能となってくる。また、道路用消雪としては、現在行われている地下水の散水による消雪ではなくて、地下水と熱交換した熱媒体を道路に埋設したパイプ内を循環させることにより、消雪を行うことが可能となる。

25

図 4.1-6 富山県の最高気温と最低気温の変化と降水量（県資料データをもとに作図）
現在、富山県民は、冬の季節は空調暖房以外に灯油を燃焼させて室内暖房をしている。
その暖房用灯油代は、約 5 万円/年（灯油代が 18 L 、1600 円の時）以上である。灯油を燃焼させると、2.489 kg-CO2/L の CO2 が排出される（「特定排出者の事業活動に伴う温室効果ガスの排出量の算定に関する省令」（経済産業省・環境省）に基づく）。１家庭
での CO2 排出量は、年間約 500L の灯油を消費することから、約 1,250kg-CO2 に相当
し、富山県全体では、（38.6 万世帯）約 45 万トン/年の CO2 量に相当する。即ち、灯油を用いない室内暖房、給湯設備が充実すれば、大きな CO2 削減効果も期待される。
4.1.3

地中熱ヒートポンプとは

地中熱ヒートポンプ（Geo-HP）は、図 4.1-7 に示すように、地下 10~100m の井戸を掘削し、そこへＵ-チューブと呼ばれるＵ字型の配管を埋設する。このチューブに熱媒体をポンプで循環させて、地下水と熱交換させる。地下水の水温は年間を通じて 15℃と一定であることから、夏は 30℃近い熱媒体がＵ-チューブを通して地下に送られ、地下水へ熱を放出して、冷却される。冷たくなった熱媒体は、地表へ運ばれ、ヒートポン
プにより、より低温に冷却される。これを室内に送風して通常のクーラーのように部屋を冷房することができる。冬は、０℃近い熱媒体が地下水から熱を吸収して温められて、
地表のヒートポンプにより高温となり、部屋の暖房用として利用される。
現在、Geo-HP の導入は、米国が最も盛んであり、エネルギー省・電力会社などの支援・普及活動により、毎年 20～30%の増加している。スウェーデンでは、人口約 900万人に対して年間 4 万件が導入され、2005 年末で 30%の家庭が設置済みである。

26

国内では、2006 年度～2007 年度では 100 件/年以上の設置が行われ、設置数が急増中である。

図 4.1-7 地中熱ヒートポンプの概要

図 4.1-8 密閉型（左）と開放型（右）地中熱ヒートポンプ
地中熱ヒートポンプには２種類あり、密閉型は、世界的にも普及している装置であるが、これは地下水資源が豊富でない地域を対象としている（図 4.1-8）。一方、富山県
は熊本県と同様に、国内でも豊富な地下資源を有していることから、開放型 Geo-HP が27

利用できる利点がある。この装置は、投資コストが少なく、また富山県内では既存の地
下水井を所有している事業所や家庭が多いことから、新たな投資としてはヒートポンプ
本体と関連の配管工事だけですむ。
本研究の最終目標は、地下水が持つ熱エネルギーを利用し、夏季は冷房を、冬季は暖房を行うと共に、無散水消雪や農業用温室への適用を検討するものである。Geo-HP を利用するには、安定した地下水の供給と良質の水質が維持されることが必要である。水
質が悪い、すなわち多くの溶存成分を含んでいると、スケールと呼ばれる沈殿物が熱交換器や配管に付着沈殿し、熱効率を低下させる原因となる。このための地下水の水質や流動状況を正確に把握することを目的としている。
対象とする地域は、富山県東部の黒部扇状地の地下水である（図 4.1-9）。黒部川扇状地は、標高 128m の愛本堰堤を扇頂する面積約 107km2 の扇状地であり、黒部市、入善町、朝日町が含まれ、立山連峰を流れてきた黒部川は、直接日本海に没している。扇角は約 60 度、黒部川を基準にすると扇端までの距離は約 13km である。黒部川扇状地
はきれいな扇形を形成していて、等高線も一定間隔でほぼ円形に描けるのが特徴である。
これは黒部川が扇状地上で流路を左右に変遷しながらほぼ均等に上流から砂礫類を堆積した結果による（島野ほか,1992）。湧水群のある黒部市生地地区は、500～600 戸ほ
どの家庭が現在も自前の井戸を利用できるほど水量が豊かで、18 か所もの清水（しょうず＝自噴井）がある。

図 4.1-9 黒部扇状地の概要
富山県北東部に位置する黒部川扇状地は、多雨多雪地域であると共に、地形は礫質や28

砂質で構成されているため、環境特性から豊富な地下水を有する。その豊富な地下水の熱エネルギーを消雪や室内冷暖房を利用する地中熱ヒートポンプの検討が行うものである。黒部川扇状地地下水系は、古くから盛んに研究を行われているが、熱利用のための地下水系の流動解析は行われていない。そのため本研究では、化学的・物理的な視点
から熱利用のための地下水系を解明することを目的に研究を行った。
4.2

調査内容

試料採取は、2012 年 7 月 18 日と 19 日に、黒部川扇状地内の 67 箇所の地下水と 4箇所の河川水を採取した（図 4.2-1~図 4.2-4）。現地では、緯度、経度、水温、pH、電気伝導度(EC)、酸化還元電位(ORP)を測定し、研究室で主要化学成分と水素・酸素同位体組成を分析した。その分析法は次の通りである。
Na+、 K+、 Mg2+、 Ca2+、 Cl-、 NO3-、 SO42-：イオンクロマトグラフ (Metrohm)（測定誤差±0.1 ~ 0.2 mg/L）

HCO3-

pH 4.8 アルカリ度滴定

SiO2

分光光度法 (UVmini1240-SHIMADZU)

δD、

δ18O

Liquid-Water Isotope Analyzer (LGR)（測定誤差

δD(±0.6‰)、 δ18O(±0.1‰) ）図 4.2-1 地下水・河川水採取場所

29

図 4.2-2 地下水・河川水試料番号

図 4.2-3 地下水採水１30図 4.2-4 地下水採水２4.3

分析結果と考察

本調査で得られた黒部川扇状地の地下水と河川水の主要化学成分と水素・酸素同位体
組成の分析結果は、次にまとめられる。
・ 水温は、12~20℃の範囲を示した。このうち、黒部川河口付近では水温は低く 12℃程度であるが、扇央付近は、20℃と高いことが判明した（図 4.3-1）。
・ EC は、黒部川の扇央から扇端付近は低く、河川に離れるにつれ高くなる（図 4.3-2）。
黒部川付近の扇央から扇端にかけ地下水に影響を与えている結果である。
・ Ca2+濃度（図 4.3-3）と炭酸濃度(HCO3-)（図 4.3-4）の分布状況は、概ね一致しており、これらは、図 4.3-2 の EC 分布を反映している。このことは、EC が高くなっている地域（入善町市街地付近から扇頂地域）では、Ca2+と HCO3-濃度が高いことが起因していると判断される。
・ 地下水の EC と pH との関係（図 4.3-5）では、EC が増加すると pH は減少する傾向が認められた。この EC の増加は、主として基盤岩石と地下水との反応による岩石からの化学成分が溶脱したためと解釈されるが、pH が減少する理由は不明である。
・ 地下水の EC と Cl-濃度（図 4.3-6）及び HCO3-濃度（図 4.3-7）では、正の相関が認められる。特に、HCO3-濃度との関係では、(0,0)の原点を通る直接上にデータが31

打点される。これらのことは、この地域の地下水の水質は、Ca2+- HCO3-型であると判断される。図 4.3-8 は、Ca2+- HCO3-間の相関を示したもので、図中の直接は、石灰石(CaCO3)が溶解した時の地下水の値を示す。得られた値が、ほぼこの直線付
近に打点されることから、地下水は石灰石成分を溶解して、Ca2+-と HCO3 に富んだものと推測される。
・ 水素－酸素の同位体比から、黒部川扇状地の地下水は、黒部川河川水と雨水が混合したものであると判断される（図 4.3-9~図 4.3-11）。この結果から、δ18O 値が低
いものほど、黒部川からの浸透量が多いことを示す。
これらの結果から、地中熱ヒートポンプを利用する際として、
・ 黒部川扇状地の地下水の起源として、黒部川及び小川近傍は、河川水の浸透が多いが、扇央では雨水起源の水が直接地下へ浸透している割合が多いことを示す（図4.3-10）。これらの結果は、過去の研究結果と調和的である。
・ 黒部川近傍の地域は、開放型 Geo-HP を使うには水質が適しているが、河川の影響が少ない地域（EC 値が高い地域）では、将来的に熱交換器などに炭酸カルシウム
スケール（CaCO3）が発生する可能性がある（図 4.3-11）。

図 4.3-1 地下水の水温（℃）

32図 4.3-2 地下水の電気伝導度(EC；mS/m）

図 4.3-3 地下水中の Ca 濃度(mg/L)(単位：mg/L)

33

図 4.3-4 地下水中の炭酸濃度（HCO3：：mg/L）

8.0

pH

7.5

7.0

6.5

6.0
0

5

10

15

EC (mS/m)

図 4.3-5 地下水の EC と pH

34

20

25

Cl (mg/L)

12

8

4

0
0

5

10

15

20

25

EC (mg/L)
図 4.3-6 地下水の EC と Cl 濃度120

HCO 3 (mg/L)

100
80
60
40
20
0
0

5

10

15

20

EC (mg/L)
図 4.3-7 地下水の EC と HCO3 濃度

35

25

30

Ca (mg/L)

25
20
15
10
5
0
0

20

40

60

80

100

120

HCO 3 (mg/L)
図 4.3-8 地下水の HCO3 と Ca 濃度

図 4.3-9 地下水と河川水の水素・酸素同位体組成36図 4.3-10 黒部川扇状地地下水の起源

図 4.3-11 黒部川扇状地地下水の推定された起源水の割合

37

4.4

水質の連続モニタリング

本研究では、黒部川扇状地の地下水の水質を７月に調査しているが、長期的な変化を把握するには連続的な水質のモニタリングが必要となる。そこで、扇状地内の地下水井に水質センサーを設置した。用いた水質センサーは、大起理化工業㈱の CTD ダイバー
水位計（水位+水温+導電率；DIK-603C-C1）であり、地下水の水位、水温、EC 値を
連続観測できる。
今回、CTD センサーを設置した箇所は、2 箇所であるが、そのうち 1 つのセンサーが井戸に詰まってしまい、現在観測不能となっている。
八幡地区での現在までに得られた結果を、図 4.4-1 に示す。このデータは、2012 年
12 月 4 日~2013 年 2 月 7 日のもので、現在も測定を継続中である。得られたデータでは、9~14℃と水温が大きく変化している。EC は、25℃に温度補正した値を示している。
測定当初は、30mS/m 程度であったものが急激に減少し、その後は 20mS/m とほぼ一定値を示した。このセンサーは、水深が 3m 程度と浅い地下水を測定しているため、気温の変動を受けやすいと解釈される。今後は、より深い深度で測定できる測定点の確保が必要と思われる。なお、水温-EC-水位との間には、相関は認められていない。

図 4.4-1 八幡地区の地下水の連続水質モニタリング結果（2012 年 12 月 4 日~2013 年 2 月 7 日）

38

4.5

まとめ

本調査により、次のことが判明した。
・電気伝導度（EC）、HCO３濃度（アルカリ度）、Ca2+濃度の分析結果から、黒部川付
近は濃度が低く、河川から離れるにつれて濃度高くなる。
・水素－酸素同位体比から扇状地の地下水は、河川水と降水が起源であると考えられる。
本研究によって、黒部川扇状地地下水系の大まかな水系区分及びその水質や物理特性、また涵養源を特定した。その結果から、それぞれの地域での適切な Geo-HP を用いらなければならいない事が確認された。河川からの希釈効果のため水質濃度は低く開放型
Geo-HP が適切である。しかし地下水位は、河川流量に依存しているため、その対策が必要と思われる。扇状地の中央部（入善町市街地付近）は、地下水の EC が高く、Ca2+や HCO3-濃度も高い。これは、Geo-HP の熱交換部分や配管に、炭酸カルシウムなどが沈殿（スケール）し、熱交換率の低下が起こる問題が発生しやすいことを示す。クロー
ズ型 HP を用いるなど、定期的なバルブ洗浄作業が必要となる。

39

5.

研究成果からの提言

5.1

各調査研究結果を踏まえた総括

農村地域において、農業用水を用いた小水力発電で得られた電力を、電気軽トラックに供給し、また地下水や地熱水が持つ熱エネルギーをヒートポンプで濃縮して農村で活用する、エネルギー自給を促進する社会システムの構築に関する研究を行った。モデル地域として富山県黒部川扇状地を選定し、秋の農繁期の軽トラック利用実態調査・バッ
テリーステーションの制御回路設計・地下水質調査を実施した。他に、小水力発電による電力をバッテリー充電と地中熱 HP の双方に効率よく利用するための制御回路を設計した。また農業地帯における軽トラックの利用実態を調査し、1 日の平均走行距離が20 ㎞程度であることを明らかにした。さらに地下水質の分布から地中熱 HP の設置指針を明らかにした。
本研究の成果の一部については、学会で発表したほか（平田ほか，2012）、論文を投稿中である（Chohji et al., 2013）
。
5.2

今後の展開

今後は、春の農繁期における軽トラ利用実態調査と、農村内での軽トラ分布の調査、また地下水質の連続分布調査から地中熱 HP の最適な装置仕様と設置位置を検討する。
以上のように本研究は、農業地帯における低炭素社会の実現と農業コストの低減のために、小水力と地中熱を併用した分散型農村エネルギー自給システムのモデル開発を目指すものである。
本事業では以下の 3 つの課題を設定する。
①電気軽トラ用バッテリー充電制御および基地配置計画の検討
電気軽トラバッテリー充電と地中熱 HP 駆動を切り替えて発電電力を効率よく利用するための充電制御回路の試作実装、および遠隔バッテリー情報システム試作をおこなう。並行して地域における軽トラ走行密度調査を行い、バッテリー基地の最適配置を検討する。
②電気軽トラック走行実態調査および電気軽トラ改造指針の検討
昨年調査した秋季の農繁期に加え、春季農繁期における軽トラ利用実態調査を行う。
また軽トラの電力消費特性調査から電気軽トラの改造指針を検討する。
③地下水動態と水質の連続調査および地中熱 HP 適所の抽出と検討
地下水の温度・水質を数箇所において連続記録し、詳細な水質変化を明らかにする。
また水質の面からみた、小水力発電所および地中熱 HP の最適な装置仕様や位置を検討

40

する。
5.3

地域への研究成果公開・還元

本事業では、次のことが成果として期待される（図 5.3-1）。
(1)扇状地農村地帯で効率的に利用可能な電気軽トラックの改造指針(2)ガソリン軽トラから電気軽トラへ移行することによる農村全体でのコスト低減および CO2 削減効果
(3)電気軽トラのバッテリー充電基地における電気制御装置の製造指針(4)遠隔バッテリー情報システムの試作品(5)扇状地における地中熱 HP による獲得熱エネルギーの利用指針(6)小水力発電所に隣接し、扇状地で有効に機能する地中熱ＨＰシステムの製造指針
富山県内で電気軽トラを改造し提供するとともに、車両運用に必須の保守・整備体制
を地域内に確保することができ、地域が自立して製造・運用・保守可能となる。電気自動車の改造ビジネスはすでに県内でも始まっており、軽トラを改造の指針を明らかにすることでさらに動きは加速する。EV 社会が加速することで地域エネルギー利用度が高
まり、小水力発電をはじめとする自然エネルギーによる分散発電が促進されると期待できる。電気軽トラおよび地中熱 HP の普及により農家のガソリン利用料が低減し、燃料代が節約される。これに伴って農村地帯全体での CO2 放出量が減少する。また温熱の農業への積極的利用促進によって農業コストおよび生活コストが低減し、都会からのU/I ターンによる農業従事者の増加を期待する。遠隔バッテリー情報システムはこの様なバッテリー共有社会において必須の仕組みであり、さらに便利で品質の高い情報シス
テム開発へと展開を期待する（図 5.3-2）。

図 5.3-1 本研究の成果の地域への還元・効果41

図 5.3-2 ネットワークの構築

42

6.

引用文献

Chohji, T., Ikeda, S., Koizumi, A., Uesaka, S. and Uesaka, H. (2013) Use of Small
Electric Agricultural Trucks in the Kurobe River Alluvial Fan. (投稿中)
島野安雄・辻村真貴・嶋田純・榧根勇・堀内清司 (1992) 黒部川扇状地における地下水の水文学的研究．文星紀要，第 4 巻，A17-A52.
平田大道・中易佑平・張勁・手計太一・上田晃(2012)

熱利用のための黒部川扇状地

地下水系の流動解析-基礎的研究．日本地熱学会，A41.

43

平成 24 年度
小水力と地中熱を活用した分散型農村エネルギー自給構想に関する研究報告書
平成 25 年 3 月
発

行

社団法人

北陸建設弘済会

北陸地域づくり研究所〒950-0197 新潟県新潟市江南区亀田工業団地二丁目 3 番 4 号
Tel 025-381-1020

fax 025-383-1205

印刷・製本

落丁本、乱丁本はお取り替えいたします。
本書の無断複写複製(コピー)は、特定の場合を除き、著作権と当会の権利侵害となります。

44