マイクロ水力発電用螺旋水車の高効率化に関する研究

摘要

近年，再生可能エネルギーの重要性が高まっている。東日本大震災以降，原子力発電のような大規模集中型の発電機が使用できなくなった場合でも電気が供給できる小規模分散型の発電に注目が集まっている。小規模分散型発電は，太陽光発電や風力発電のようなクリーン発電が主流であり，本研究ではマイクロ水力発電に注目した。マイクロ水力発電の特徴はダムをつくることなく既存の小規模河川や農業用水路などに設置でき，自然の落差や流速を利用して発電を行っている．また，身近にありながらエネルギー源として利用されていない水を有効活用できるという特徴を有している。日本には未開拓のまま放置されている包蔵水力が多数存在することから，マイクロ水力発電はこれを有効的に開拓できることが期待されるが，普及には至っていない．そこで，更なるマイクロ水力発電の汎用性を向上させるために，発電環境を低流量かつ極低落差（1m以下）の用水路とした．この条件に当てはまる水車として螺旋水車がある1）。これまで，螺旋水車の羽根形状を変更して低落差。低流量での高効率化を図っており，羽根枚数や長さ，ピッチ等の影響度を評価することで用水路に適した羽根形状の導出を行ってきた2）．しかし，羽根の効率は水路環境である流速や没水量によっても変化する．そこで，本研究では流速と没水量が螺旋水車の効率にどのように影響するかを評価するため回流水槽を用いて実験を行った．その後，流速と没水量の実験結果からどの環境下が効率よくなるかを求めた．それを元に，高効率化に関する設計指針の構築を行った。