技 術 内 容 説 明 書
技 術 の 名 称 無落差・低流量対応型 流水利用式マイクロ水力発電システム 申 請 者 株式会社 山崎（堺市南区三木閉 148-1）
連 絡 先 技術開発部 山上 仁始
TEL: 072-297-0168 FAX: 072-297-0169 E-mail: [email protected]
① 技術・製品について
■技術・製品の概要 落差のない幅1m 程度の既存水路から一級河川など幅の広い川まで簡単に設置でき、有効 活用できていない膨大な未利用水力エネルギーをそのまま利用して発電できるマイクロ水 力発電システム。この水力発電システムは、電力の地産地消を促し、様々な施設の維持管 理費用の低減に役立つ他、自然エネルギー活用による社会貢献を通じた地域振興のきっか け、イルミネーションやモニュメントのライトアップ等のイベント・観光資源、過疎地域 の村おこし、災害時の非常用電源、電気自動車のバッテリー充電基地への電力供給など経 済性・社会性が高く、再生可能エネルギーで発電することによる地球温暖化対策にも貢献 できる。 ■原理 流れている水が水受け板（シート）にあたって水車を回転させ、スクリュー増速機（次 頁参照）で回転を増速してコアレス型発電機（次頁参照）を回転させて発電する。●スクリュー増速機の基本動作原理 円形水車のスクリュー増速機は、円板上にローラーを等間隔に配置し、そのローラーが 回転しながらスクリューの羽根を押してスクリューを回転駆動させる仕組み。例えば、円 板にローラーが 30mm 間隔で 40 個取り付けられている場合、スクリューの羽根間隔が 30mm とすると、円板が 30mm 回転すると、スクリューが１回転し、円板を１回転させる とスクリューが40 回転することになる（40 倍増速）。 円板にローラーが100mm 間隔で 60 個、歯車付スクリューの羽根間隔が 50mm とし、コ アレス型発電機を取り付けた例。（120 倍増速） 楕円形水車のスクリュー増速機は、ローラーが楕円に沿って移動し、そのローラーが回 転しながらスクリューの羽根を押してスクリューを回転駆動させる仕組み。（前頁原理図参 照） ●コアレス型発電機の基本構造 発電機において、コアとはコイルの鉄芯を意味する。一般の発電機は鉄芯があり、磁石 と引き合ってしまい（吸引と反発）、回転がカクンカクンとなる｢コギング｣が発生する。コ ギングは回転の邪魔になる。 コアレス型発電機は、鉄芯がなく、コギングが生じないので、軽く滑らかに回転する。
●円形水車と楕円形水車 楕円形水車は、円形水車に比して、コンパクト化できる。 ●発電量と流量・流速の関係（別紙添付資料 1 参照） 発電量（kW）＝使用流量（m3/s）×流速 2（m/s）÷9.8（m/s2）×効率 流速（m/s）＝水路流量（m3/s）÷（水深×水路幅） ●知的財産権の保有状況 １ 特許権 ｢流水利用式水力発電装置｣ 特許第5521228 号 ｢水力及び風力発電装置｣ 特許第5521229 号 ｢流水利用式水力発電装置｣ 特開2011-62877 審査請求中 ｢増速機｣ 特願2013-141084 出願中 ２ 意匠権 30 件登録済 ｢動力伝達用スクリュー｣ 意匠登録第1477610 号 他 計 23 件 ｢ローラ付スプロケット｣ 意匠登録第1458155 号 他 計 5 件 ｢発電機｣ 意匠登録第1425138 号 他 計 2 件 ■特徴・長所 水受けにテントシートを利用した水車（円形/楕円形）、高効率・高耐久のスクリュー増速 機、コアレス型発電機の三要素を自由自在に組合せて、水路の状況（大きさ・流量・流速） と必要発電量（用途）に簡単に適応できる。 シンプルな構造のため、設置や移設が容易で大規模な土木工事は不要。 テントシートは、耐水性・耐候性に優れており、形状や幅などいろいろな大きさ・形に 簡単に加工でき、固定方法（何箇所とめるか、ねじ止めなど）により強度も設定できる。 鋭利な物や大きな物が流れてきた場合、破れることで水車本体の破損を防止できる。 また、大幅な軽量化（ステンレス鋼の７分の１の重さ）にもなる。 従来技術・製品との独創性・優位性の比較表は別紙添付資料２～４を参照。 発電出力、発電効率の実証データは別紙添付資料５参照。
② 環境性能に関する事項
■環境保全・改善効果 あらゆる既存水路をそのまま利用することのできる流水利用式のマイクロ水力発電シス テムを設置することは、電力の地産地消を促し、さまざまな施設の維持管理費用の負荷低 減に役立つだけでなく、環境への負荷軽減に資することになる。例えば、農作業用管理電 源、防虫灯、有害動物へのサイレン、地域の街灯、公衆トイレの浄化槽用電源などである。 流水利用式マイクロ水力発電は、自然エネルギー活用による社会貢献を通じた地域振興 のきっかけ、変わった形（楕円形）の水車やその発生電力を利用したイルミネーションや モニュメントのライトアップなどのイベント等は観光資源にもなり、過疎地域の村おこし （経済的、観光的改善効果）が期待できるとともに地域住民や子供たちに対して環境やエ ネルギーに関する教育の場としても活用できる。 また、被災時に孤立する可能性のある山間地域における避難施設のライフラインとして の災害用非常電源や通信用電源に適しており、災害に強い自立分散型の自給エネルギー農 村の構築に有効である。 将来、普及する電気自動車のバッテリー充電基地への電力供給においても近くに流水が あれば電力供給が容易に行える。 また、大型発電施設の建設が難しい山岳部、離島等の過疎地においての利用が可能であ り、その需要は全世界的にみると膨大なものとなることが予想される。 水力発電装置を通過した流水の運動エネルギーが回復するには、最低限、設置する水路 の幅の2.5 倍の間隔が必要である。したがって、水路幅を概ね 2m とすると水力発電装置の 設置間隔は5m となる。全国の農業用水路の基幹的水路に 5m の間隔をあけて発電出力 1kW の流水利用式マイクロ水力発電システムを設置した場合、450 万台の発電システムが稼働 し、原子力発電所４基分の電力405 万 kW を発電し、年間発電電力量は約１万世帯に相当 する3,548 万 kWh となり、二酸化炭素排出量は年間 19,512 トン削減できる。 ●計算式 年間発電量 発電出力1kW×450 万台×稼働率 90%＝405 万 kW 405 万 kW×365 日×24 時間＝35,478,000kWh 二酸化炭素排出量 35,478,000kWh×0.000550＝19,512t-CO2 （平成23 年度排出係数代替値（環境省）） ■副次的な環境影響 自然エネルギーを利用しているため、大気・水・土壌等への悪影響はない。③ 経済性
■初期経費と運転・維持管理費 発電出力1kW、建設単価 100 万円／kW（補助金適用なし）の場合 建 設 費 発電出力 1kW×100 万円／kW＝100 万円 年 間 収 入 発電された電力を自家消費した場合に節約される電気料金 買電単価は従量電灯料金の平均値21 円/kWh 設備利用率は流量が安定してごみによる影響がない水路を前提とし、 点検やメンテナンス等による停止時間（10％）を除いて稼動率を 90％ とすると 買電単価×発電出力×稼働時間×設備利用率 21 円/kWh×1kW×8760 時間×90％＝16 万 6 千円 年 間 支 出 人件費は日常的な運転管理（確認作業）のためのものとし、必要最小 限に抑制する。 各種経費は、ＮＥＤＯや（財）新エネルギー財団等が発行する各種ガ イドブックにおける経済性試算例では平均して建設費の４～６％程度 が計上されていることから、ここでは建設費の５％（年間）と仮定す る。 人件費5 万円/年（137 円/日、作業時間 10 分、時給 800 円相当） 各種経費5 万円/年 投 資 回 収 年 数 建設費／年間収支 100 万円／（16 万 6 千円－5 万円－5 万円）≒約 15 年 同様に発電出力2kWの場合、投資回収年数は約 11 年 同様に発電出力3kWの場合、投資回収年数は約 10 年 ■従来技術との経済性比較 別紙添付資料２、３参照④ その他
■技術・製品に対する法規制及び関係法令 水路にマイクロ水力発電装置を設置するには、電気事業法、河川法などその他関連法規 に関する各種許認可手続きが必要である。 弊社の流水利用式マイクロ水力発電装置は、出力が 10kW 未満のため、電気事業法上で は一般電気工作物となり、手続きは不要である。 また、設置する場所によっては、河川法や関連法令において、どの法令の制約を受ける かについて、当該所管官公庁の指導を受けて事業を推進していくことが必要と考えている。■品質管理体制等 ＩＳＯ等の認証は取得していないが、社長を最高責任者として品質管理を徹底している。 作業者全員が｢次工程はお客様｣という考えを持ち、担当した作業には責任を持つことを常 に意識している。例えば、ＮＣ加工後は、加工品を全数検査しており、次工程に不良品は 渡さないように作業している。万一不良が発生した場合は、すぐにその原因を追究し、再 発防止対策を講じることにしている。 （※ＮＣ加工：数値制御（ＮＣ）による機械の加工方法） ■販売実績 販売実績はないが、平成25 年４月から販売開始しており、以下のような引き合いがきて いる。 弊社への問い合わせ・引き合い（場所：用件） 青森県むつ市 北の防人大湊地区都市再生整備事業における既存水路での 水力発電 秋田県仙北市 既存水路での水力発電 山形県 さくらんぼのヒーター電源用水力発電 栃木県 農園、山地農場での水力発電 茨城県 工業用水（37.5 トン/ｈ）の排水路での水力発電 東京都江戸川区 海外向け独立電源としての水力発電 長野県 既存木製水車の水力発電化 神奈川県横浜市 マンホール内での水力発電 神奈川県横須賀市 上下水道局での第二電源用水力発電 愛知県愛知郡 ます養殖場での水力発電 奈良県橿原市 飛鳥川での水力発電 奈良県御杖村 小川での水力発電 兵庫県神崎郡 幅2ｍの水路での水力発電 滋賀県 工場内の水路を利用した発電 徳島県 海洋上でブイに取り付けて発電 岡山県津山市 既存用水路での水力発電 岡山県 宅地造成地横の水路での水力発電による省エネ団地構想 広島県福山市 工場排水（20ｔ/ｈ）利用の水力発電 鳥取県東伯郡 既存用水路での水力発電 山口県 休耕田横の用水路を利用した水力発電 山口県下関市 関門トンネルの地下水を排水する過程での水力発電 大分県 道の駅の横の水路を利用した水力発電 長崎県 風力発電と水力発電とのハイブリッド 熊本県 ペンション横の渓流を利用した水力発電 熊本県阿蘇市 小水力・太陽光発電導入モデル事業 その他カタログ資料請求等約７０件以上。
