小水力エネルギーが地域を変える

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特集
農学部 植物生産環境科学科
ひよし
けんじ
日吉 健二 助教
※１ インバーター
インバータ（Inverter）は、直
特
集
流電力から、一般の家庭用の電
化製品等で使われている交流電
力を電気的に生成する電源回路
や電力変換装置のこと。
※２ ケーシング
ケーシングは、効率よく発電で
きるよう水をランナ ※ ３ に導く
装置である。ランナを取り巻く
ように渦巻状の形をした管で、
ランナへ均等に水を導く。断面
は入口部から終端部にかけて流
速が一定またはやや増速するよ
うに設計されている。
※３ ランナ
ランナは水を受けて軸を回転さ
せるプロペラなどの羽根車のこ
と。ケーシングに導かれた水は、
ランナに当たり、水の流れる力
を回転する力に変えます。その
回転する力が軸を通じて発電機
に伝えられる。
6 枚羽
3 枚羽（丸型）
※４ コーン
ケーシングの中に空洞ができる
のを防ぐ装置で発電効率が向上
する。
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水の落差を利用してエネルギーを生
み出す超小型水力発電装置の研究に
ついてお聞きしました。
 超小型水力発電装置とは？
大きなダムや大きな落差を必要と
せず、養殖場の排水や水路の小さな
落差で発電する装置です。その分発
電量も小さく、100W（エアポンプ
1 台分）から 1kW（一般家庭の 3
分の 1）程度です。
日本に昔からある水車は「開放周
流水車」と呼ばれ、上から水を当て
るのを「上掛け水車」、下から水を
当てるのを「下掛け水車」と呼びま
す。今回開発した装置の水車は「プ
ロペラ式」と呼ばれ、プロペラの軸
と水流が同じ向きになります。
 開発のきっかけは？
農業や水産業の現場には、小規模
ですが、水の落差が生じている場所
など、未利用エネルギーがあります。
これら小規模・低落差の水を利用し、
水車を回して発電すれば、その農業
施設や養殖場で電気を自家消費で
き、生産の低コスト化に役立つかも
しれないと考え開発しました。
開発当時は、二酸化炭素の排出量
を減らすために電気を使わないとい
う発想から、１号機は発電装置では
なくプロペラの回転軸をつかって養
殖場のエアポンプを稼働させる装置
でした。しかし、現場サイドからは
「電気が欲しい」という要望があり、
発電機をつけ、電気をバッテリーに
ため、インバーター※１で 100V の
電力を供給できるようにしました。
これにより利用の用途も広がり、面
白い研究になりました。
宮崎大学内の実内実験装置

発電効率高めるコーンの開発
本来プロペラ式の水車は、空気が
入らないようになっていますが、こ
の発電装置は、シンプル、低コスト
でメンテナンスがしやすいようオー
プンにしていました。このため、空
気が入りやすい構造になっていまし
た。空気が入ると発電効率が落ちま
すが、当初はケーシング※２で渦の回
転を作りランナ ※３ にあてると効率
よく発電できると思っていました。
ところが空洞ができてしまい、水の
引っ張る力が伝わらず、逆に発電効
率が悪くなりました。
これを解消したのが円錐状のコー
ン※４です。渦の中心に設置すること
で、空気を吸い込まず、コーンがな
い場合と比べて発電効率が約２倍に
なりました。現在、ケーシングとコ
ーンの関係で特許を申請しています
（特願 2009-016357）。
 淡水養殖施設以外の活用は？
宮崎県綾町では、水路から湧水が
流れ落ちている落差を利用して設置
しました。
特集
製品化した超小型水力発電装置
のリーフレット
特
集
超小型水力発電施設

【設置例】宮崎県綾町の水路
宮崎県五ヶ瀬町で、水路に設置し
てシカやイノシシから作物を守る電
気柵の電源に使えるか調査をしまし
た。
宮崎県五ヶ瀬町の水路
下水処理場からも要望がありまし
たが、予算の関係で設置できません
でした。処理水は流量がちょうどよ
く、固形物も混じっていないのでメ
ンテナンスがしやすいと思います。
さらに、海水養殖施設の方からは
「フグやヒラメなど海水魚の方が市
場が大きいぞ」と助言をいただきま
した。
開発で苦労したところは？
落ち葉対策です。ある養殖場では
池にたまった落ち葉がすべて、発電
装置を設置している排水槽に集まっ
てくるので、その除去に苦労しまし
た。さらに落ち葉対策は、設置した現
場の状況に合わせて対応するため、す
べてオーダーメイドになります。
 今後の展開は？
ごみ対策が必須で、設置する現場
の状況に対応できるよう発電装置の
バリエーションを増やしたいと思っ
ています。
課題① ごみ対策
ある程度の大きさのごみが通過で
きるようなプロペラの開発。羽を３
枚にすればカニも通過でき、回転も
速くなるが、多くの水量が必要。
課題② メンテナンスの簡易化
ごみを除去しつつ、メンテナンス
が楽な装置の開発。
課題③ より少ない水量での発電
水量が少ない場所でも発電できる
装置の開発（現状の発電装置は 30
～40 ㍑/秒の水量が必要）。
課題④ 発電装置の大型化
大型化して発電量を増やす。
発電装置を科学技術館や浄水場な
どに設置し、子どもたちに再生可能
エネルギーをこうやって使えば電気
が作れるんだということを直接見て
もらいたいです。
落ち葉やごみ対策
（ネットやスクリーンを設置）
発電装置の設置風景
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