小水力発電
水の力でエネルギーを生み出す発電方法の中でも、水力発電と区別される小水力発電は、明確な規模の定義はないものの一般的に1万kW以下の水力発電のことを指しています。このページでは、そんな小水力発電の種類や仕組み、一般的な発電量や長所・短所など、小水力発電にまつわる様々な情報をご紹介します。
小水力発電はどんな仕組み？
水力発電と聞くと、ダムなどの貯水池を利用した発電所をイメージされることが多いかと思います。小水力発電は、大規模な水力発電とはどのように違うのでしょう？
小水力発電では、川などの流れの中や、川から引いた水路に水車（タービン）を設置して発電を行います。河川や農業用水の流れを利用するもののほか、上下水道を利用するもの、ビルや工場内の配管を利用するものまで、水の流れのあるところなら様々なところで発電が可能です。
日本国内では、新エネルギー法によって1,000kW以下の水力発電を「新エネルギー」と認定しているため、近年の国内再生可能エネルギーの文脈では特に1,000kW以下の水力発電が多く語られています。
小水力発電は、大規模なダムや貯水池を必要とする大水力・中水力発電と異なり、自然環境の改変を最小限にとどめることができる一方で、発電所1か所あたりの発電量は小さいという特徴があります。
発電方式(水の利用方法)
流れ込み式
水を蓄えずそのまま流す方式。この方法は水路式であったり堰によりできる河川の落差を利用して発電します。
調整池式
短期間の運転を賄う水を蓄える方式
貯水池式
長期間の運転を賄う水を蓄える方式
※調整池式・貯水池式は水を堰き止めたりして蓄えて発電する方法
揚水式
発電所をはさんで上流と下流にダムを築いて貯水し、2つのダム間で水を落として発電する方式。蓄電池としての機能も持つ
発電型式(落差の発生のさせ方)
水路式
水路で水を導き落差を得る方法
ダム式
ダムによって落差を得る方法
ダム水路式
ダムによって得られた落差と水路で得られた落差の両方を利用する方法
いろいろな水車
水の力を効率よくエネルギーに変換するためには、水車はどんな形が望ましいでしょうか？設置場所の立地、高低差、流量などの条件に合わせて、水車にはさまざまなタイプがあります。
衝動水車
水流を勢いよく羽に当て、その衝撃でタービンを回します。比較的少ない流量から対応可能で、高低差のある立地に適しています。
衝動水車の例
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ペルトン水車 -
ターゴインパルス水車 -
クロスフロー水車
反動水車
水流の中に水車を置き、流れの水圧によってタービンを回す仕組みです。高低差の少ない立地でも対応可能です。
電気でタービンを逆回転させることで揚水発電※に使うこともできます。
※揚水発電 余剰電力を使って水をくみ上げておき、電力が不足する時間帯の発電に利用する仕組み
反動水車の例
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フランシス水車 -
プロペラ水車
重力水車
水の重さでタービンを回す仕組みです。かつての「水車小屋」のイメージです。既存の水路などを利用することで土木工事を最小限に抑えることができます。落差の少ない立地に適し、比較的小容量・低効率であることから発電のみを目的に使われることは稀です。
重力水車の例
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上掛け水車 -
下掛け水車
小水力発電の特徴
小水力発電に適した環境・場所
水車を回すのに必要な落差と流量を確保できる場所であれば設置が可能です。
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一般河川
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農業用水路
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上下水道施設
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既設ダムの放水路
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ビルや工場の用水路
小水力発電の発電量はどのくらい？
仮に設備容量1,000kWの発電所で、設備利用率70%とすると、年間発電量は約600万kWh、一般家庭の年間消費電力量約1,400世帯分相当となります。
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- 水車
- 1,000 kW
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- 年間発電量
- 約 600万 kWh
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- 一般家庭の年間消費電力量
- 約 1,400 世帯分相当
小水力発電の長所・短所
- 太陽光や風力発電所と比較して、安定して発電することができる
- ダムや貯水池といった大規模の開発を必要とせず、自然への影響を最小限にとどめることができる
- 都市・郊外を問わず全国各地に設置のポテンシャルがある
- 水源地近くのコミュニティが運転・保守を行いつつ電力を消費する「地産地消」に適している
- 発電にあたりCO2排出がない
- 発電できる容量をある程度確保するためには、必要な落差・流量を確保する必要があり、立地条件に制限がある
- 一つの発電所で発電できる発電量は小さい
- 水利権の整理や河川利用に関わる法規制への細かな対応が必要
小水力発電の豆知識
水力発電の起源
動力としての水車は、なんと紀元前2世紀頃までさかのぼり、アナトリア半島(アジアの最西端)で発明されたといわれています。発電用としての水車は、日本では1891年に初の商用発電所として京都・蹴上発電所が運転を開始したのが始まりと言われています。