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岐阜県農業用小水力発電導入技術検討会

恵電測第２６０１号

県営農村環境整備事業（小水力発電整備型）

鎌瀬用水地区基本設計業務

小水力発電計画概要書

平成 26 年 8 月 19 日

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1. 計画概要

---1.1 発電計画の目的

---1.2 地域状況

---1.3 計画地域の位置

---2.

小水力発電計画検討箇所の状況----2.1 小水力発電計画検討箇所の状況

---3. 発電計画概要

---3.1 発電使用水量

と発電形式の検討---3.2

取水位、放水位落差の検討---3.3

水路ルートの検討---3.4

最大、常時使用水量の検討---3.5

発電規模及び電力量の算出---3.6

工事数量及び事業費の概算---3.7

費用便益---3.8

発電原価---3.9

発電モデルの比較---3.10

事業の評価---4. 施設計画図

---page

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2 目　　　　　　　　次

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1.計画概要

1.1 発電計画の目的本計画では、『恵電測第 2501 号小水力発電施設整備事業鎌瀬地区小水力発電事業予備調査』により検討された計画を基に、鎌瀬用水を活用した小水力発電の基本設計を行うことを目的とする。 1.2 地域状況恵那市上矢作町は、岐阜県の南東端に位置する恵那市の南東部を構成する地区であり、南部は愛知県豊田市稲武町、東部は長野県平谷村・根羽村に接した標高 800ｍ～1,200ｍ前後の急峻な山岳に囲まれた峡谷型の地域で、面積が 130.96km2、人口は 2,206 人(平成 25 年 4 月 1 日現在)である。木曽山系の恵那山を主軸とする山岳群が本地域の北部から南西部に伸びており、地形は全般的に北東から南西部にかけて緩傾斜している。この間をぬって上村川が貫流し、飯田洞川、木の実川を合わせながら南端の愛知県境で矢作川に合流する。これらの河川に沿った標高 330ｍ～700 ｍの間に高知が段丘上に点在し、集落が形成されている。昭和 30 年代に始まった日本経済の高度成長の進行とともに、農林業等第一次産業の経済基盤は衰退し、山村と都市との所得格差・生活文化の格差が生まれ、若者を中心として都市への人口流出が著しくなっている。上矢作町の人口は、昭和 35 年 5,347 人であったが、昭和 60 年までの 25 年間に 36.5％減少し、その後平成 17 年までの 20 年間には 592 人(26.3％)の減少、平成 17 年～平成 22 年の 5 年間では、2,379 人(10.4％)と減少傾向が強まっている。人口は年々減少の一途をたどっている状況で、限界集落的地域が増えており、人口減少に歯止めがかからず、高齢化率も 40％以上と非常に高く、人口定住対策や地域活動の担い手確保、高齢者や支援を要する方々の生活支援、福祉の充実、医療の確保等生活全般として大きな課題となっている。

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1.3 計画地の位置 (1) 恵那市上矢作町飯田洞の位置恵那市上矢作町は、岐阜県南東端、美濃三河高原に位置し旧恵那郡に属する。(2004 年 10 月の市町村合併により恵那市となる)岐阜県中津川市、長野県、愛知県に隣接する。矢作川の各支流が町内を流れ、愛知県との県境で本流と合流している。集落はおしなべて谷底の小規模な河成段丘に形成されている。岐阜県における恵那市上矢作町の位置

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(2) 航空写真

恵那市上矢作町飯田洞周辺の航空写真を以下に示す。

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(3) 小水力発電計画検討箇所の位置

小水力発電予定箇所

取水源

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2.小水力発電計画箇所の状況

2.1 小水力発電計画検討箇所の状況小水力発電計画を検討する鎌瀬用水周辺状況について記載する。 (1) 鎌瀬用水鎌瀬用水での水力発電は、阿岳本谷に流入する支川から取水する農業用水を活用して行うものである。なお、鎌瀬用水の取水口上流部では、上矢作浄水場の取水口である本郷白井沢取水場が設置されており、572ｔ/日(0.00662ｔ/s)の取水を行っている。また、飯田洞川には、阿岳本谷との合流点の直下に中部電力(株)飯田洞水力発電所の取水口である飯田洞堰堤があり、最大 1.95ｍ3/s の取水が行われている。そのため、本水力発電の取水及び放流箇所の検討においては、鎌瀬用水の農業用水取水、上矢作浄水場の取水、中部電力 (株)飯田洞堰堤の取水に影響を与えない箇所、取水量が前提となる。写真 2.1.1 上矢作浄水場施設及び本郷白井沢取水場写真 2.1.2 中部電力(株) 飯田洞堰堤取水口は、鎌瀬用水と市道と近接する「Ａ」、市指定天然記念物萩原の大栃の下流にある分水箇所の「Ｂ」、縦断勾配の変化点付近に位置する「Ｃ」の３箇所を想定し、発電所設置箇所を阿岳本谷右岸高橋橋下流の「Ａ」、飯田洞川右岸堰堤脇の「Ｂ」の２箇所を想定して検討する。

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検討する取水口～発電所の組み合わせは以下の通りである。

取水口発電所設置箇所

case1 鎌瀬用水、市道近接部「Ａ」阿岳本谷右岸高橋橋下流「Ａ」 case2 萩原の大栃下流分水箇所「Ｂ」阿岳本谷右岸高橋橋下流「Ａ」 case3 縦断勾配変化点付近「Ｃ」飯田洞川右岸堰堤脇「Ｂ」

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図 2.1.1 鎌瀬用水周辺状況鎌瀬用水中部電力(株) 飯田洞堰堤鎌瀬用水取水口発電所設置検討箇所Ａ上矢作浄水場本郷白井沢取水場上矢作浄水場施設恵那市指定天然記念物萩原の大栃発電所設置検討箇所Ｂ取水検討箇所Ａ取水検討箇所Ｂ取水検討箇所Ｃ

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3.発電計画概要

3.1 発電使用水量と発電形式の検討 (1) 農業用水量及び浄水取水量鎌瀬用水は、普通河川本郷白井沢から取水し用水を確保している。取水量を以下に示す。表 3.1.1 鎌瀬用水の取水量項目取水量(m3/s) 期間代掻き期 0.0492 5 月 1 日～5 月 10 日普通期 0.0106 5 月 11 日～9 月 15 日非かんがい期 0.0000 9 月 16 日～4 月 30 日また、鎌瀬用水取水口上流部で取水を行っている上矢作用水浄水場本郷白井沢取水場の取水量を以下に示す。表 3.1.2 上矢作浄水の取水量項目取水量(m3/s) 期間上矢作浄水 0.0066 通年 0 0.1 0.2 0.3

普通河川本郷白井沢からの年間取水状況

かんがい用水発電使用水量図 3.1.1 普通河川本郷白井沢の年間取水状況(かんがい用水と発電使用水量) ※上図は、澄ヶ瀬水文水質観測所観測データを基に算出した普通河川本郷白井沢の推定流量より浄水水取水量、河川維持流量を考慮して作成した。 (2) 発電使用水量 1) 観測所データを基にした算定農業用取水量を満たす流量が本郷白井沢を流下しているか確認するために、近隣で計測された流量観測データを参考に、流域面積による比流量を換算し検討を行った。使用する流量データは、国土交通省澄ヶ瀬水文水質観測所で記録された平成 15 年～平成 23 年の 9 年間のデータを使用した。なお、澄ヶ瀬水文水質観測所で記録されたデータは、欠

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測が多いため記録のあるデータを日別に平均値を算出し、流況表を作成する基データとした。平均値を算定する際は、各年の降水量データを基に加重平均値を算定した。なお、9 年間で記録が残っていない日の流量データについては、記録のある日の最低流量が流下しているものと想定し、流量を算定した。図 3.1.2 澄ヶ瀬水文水質観測所位置図澄ヶ瀬水文水質観測所鎌瀬用水小水力発電検討箇所

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表 3.1.3 国土交通省澄ヶ瀬観測所流量観測データ(月別平均流量) CA= 205.80 km2 （単位：m3/s）年１　月２　月３　月４　月５　月６　月７　月８　月９　月１０　月 11　月 12　月平　均平　均 18.10 17.81 17.96 18.16 23.37 19.96 32.86 32.82 28.01 20.47 8.12 4.19 6.72 澄ヶ瀬流量観測データの月別平均流量 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 流量（ m 3/s ）１月１日からの日数（日）図 3.1.3 国土交通省澄ヶ瀬観測所流量観測データ(平成 15 年～平成 23 年) 表 3.1.4 国土交通省澄ヶ瀬観測所流量観測データによる流況表 CA= 205.80 km2　(単位：m3/s) 最　大３５日豊　水平　水低　水渇　水最　小 (1日) (35日) (95日) (185日) (275日) (355日) (365日) 平　均 100.82 33.16 23.86 18.40 13.86 1.16 1.16 20.09 平　均年

表. 澄ヶ瀬流量観測データによる流況表

0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 流量（ m 3/s ）日順（日）図 3.1.4 国土交通省澄ヶ瀬観測所流量観測データによる流況図

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鎌瀬用水検討する取水箇所に対する対象流域を確認したところ、流域面積は以下の通りであった。この流域面積に対する比流量を換算した結果の流況について以下に示す。図 3.1.5 鎌瀬用水流域範囲 (対象流域面積 ①：2.492km2 ②：1.007km2 ③0.059 km2 ④0.027 km2) 各取水点の対象流域面積取水Ａ：3.499km2 取水Ｂ：3.558km2 取水Ｃ：3.585km2 鎌瀬用水取水地点：2.492km2

①

②

③

④

取水Ａ取水Ｂ取水Ｃ鎌瀬用水取水地点

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表 3.1.5 計画地点：取水Ａ(流域面積：3.499km2)の換算流量データによる流況表 CA= 2.49 km2　(単位：m3/s) 最　大３５日豊　水平　水低　水渇　水最　小 (1日) (35日) (95日) (185日) (275日) (355日) (365日) 平　均 1.22 0.40 0.29 0.22 0.17 0.01 0.01 0.24 平　均年表計画地点（鎌瀬用水）の流況表表 3.1.6 計画地点：取水Ｂ(流域面積：3.558km2)の換算流量データによる流況表 CA= 3.56 km2　(単位：m3/s) 最　大３５日豊　水平　水低　水渇　水最　小 (1日) (35日) (95日) (185日) (275日) (355日) (365日) 平　均 1.74 0.57 0.41 0.32 0.24 0.02 0.02 0.35 平　均年表計画地点（鎌瀬用水）の流況表表 3.1.7 計画地点：取水Ｃ(流域面積：3.585km2)の換算流量データによる流況表 CA= 3.59 km2　(単位：m3/s) 最　大３５日豊　水平　水低　水渇　水最　小 (1日) (35日) (95日) (185日) (275日) (355日) (365日) 平　均 1.76 0.58 0.42 0.32 0.24 0.02 0.02 0.35 平　均年表計画地点（鎌瀬用水）の流況表この推定流量に対して、発電使用水量最大流量 0.3m3/s、最小水量 0.09 m3/s(発電可能な最小流量として最大流量の 30％と設定)が確保できるか算定したところ、設備利用率が case1 は 80％、case2 は 80％、case3 は 81％となり、推定流量に対して全 case で設備利用率が 60％を超えており、ほぼ安定的な発電使用水量が確保できると算定された。

表 3.1.8 推定流量から算定した設備利用率

取水地点 case1 case2 case3

利用最大可能量 7,566,048 m3/年 7,615,261 m3/年 7,635,410 m3/年最大流量 9,465,984 m3/年 9,465,984 m3/年 9,465,984 m3/年設備利用率 80％ 80％ 81％ 2) 現地流量調査 ①頭首工この算定結果に対して、鎌瀬用水取水量が推定範囲にあるか確認をするため、現地流量調査を行った。流量計測は、鎌瀬用水頭首工で観測を行った。計測地点を以下に示す。

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図 3.1.6 計測位置図(鎌瀬用水) 流量調査の結果を以下に示す。なお、流量調査は安定的な取水量を把握することを念頭に、可能な限り数日間降雨がなかった日を選定し実施した。表 3.1.9 現地流量調査結果(鎌瀬用水頭首工) 調査実施日 2013/6/25 2013/7/22 2013/8/29 2013/9/19 本郷白井沢流量 q1(ｍ3/s) 0.215 0.177 0.198 0.393 鎌瀬用水取水流量 q2(ｍ3/s) 0.047 0.033 0.040 0.000 全体流量 Q(ｍ3/s) 0.262 0.210 0.238 0.393 表 3.1.10 鎌瀬用水取水地点(流域面積：2.492km2)の換算流量データによる流況表 CA= 2.49 km2　(単位：m3/s) 最　大３５日豊　水平　水低　水渇　水最　小 (1日) (35日) (95日) (185日) (275日) (355日) (365日) 平　均 1.22 0.40 0.29 0.22 0.17 0.01 0.01 0.24 平　均年表計画地点（鎌瀬用水）の流況表鎌瀬用水取水地点での流域面積(CA=2.492km2)に対する比流量を換算した結果より、豊水 0.29m3/s～平水 0.22 m3/s に概ね収まる流量が、本郷白井沢を流下していることが確認された事から、流域面積に対する比流量を換算した結果に相当する流量が確認されると推測される。流量計測位置

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3.2 取水位、放水位落差の検討

今回の検討では、３ケースの検討を行った。各案の落差を以下に示す。

表 3.2.1 各検討案の総落差及び有効落差 case1 case2 case3

総落差(取水位-放水位)：ｍ 31.2 27.7 33.0 有効落差(総落差-損失落差)：ｍ 29.23 26.86 32.10 図 3.2.1 鎌瀬用水本線縦断図河川 as 1:1000 600.00 590.00 580.00 570.00 560.00 550.00 DL=542.00 1:500 図 3.2.2 鎌瀬用水～発電所Ａ縦断図取水Ａ：EL=581.70ｍ取水Ｂ：EL=578.20ｍ取水Ｃ：EL=577.00ｍ発電所Ｂ：EL=544.00ｍ発電所Ａ：EL=550.50ｍ

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3.3 水路ルートの検討鎌瀬用水での発電計画では、以下の３ケースのルートを検討した。 case1：鎌瀬用水、市道近接部取水Ａ～阿岳本谷右岸高橋橋下流発電所Ａ case2：萩原の大栃下流分水付近取水Ｂ～阿岳本谷右岸高橋橋下流発電所Ａ case3：鎌瀬用水下流縦断勾配変化点付近取水Ｂ～飯田洞川右岸堰堤脇発電所Ｂ図 3.3.1 検討ルート平面図

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(1) case1 case1 は、鎌瀬用水本線が市道沿いから離れて森林内を流下しはじめる分岐点に取水Ａを設けて、阿岳本谷に架かる高橋橋の上下流に広がる農地及び広場に発電所Ａを設置する計画である。取水Ａから発電所Ａまでは、市道に水圧管路を敷設する計画である。この位置に水圧管路を敷設することで、途中鎌瀬用水本線周辺に指定されている保安林指定箇所を回避して計画することが可能である。 (2) case2 case2 は、取水Ａより下流に位置する森林内を流下する鎌瀬用水本線に設置された分水枡周辺に取水Ｂを設置し、土羽水路沿いに水圧管路を設置し、できる限り短距離で発電所Ｂに接続する計画である。取水Ｂの上流部には、恵那市指定天然記念物萩原の大栃が生えており、水力発電関連施設設置による影響が出ないよう配慮する必要がある。取水Ｂから高橋橋下流に位置する発電所Ａまでは、既存の土羽水路沿いに水圧管路を設置し、水田等圃場に影響が出ないルートを設定すると共に、可能な限り短距離となるルートを検討する。なお、この土羽水路周辺箇所は、土砂流出防備保安林が市道沿いまで広く指定されていることから、水圧管路敷設箇所、仮設道等設置現状改変箇所については、協議をする必要がある。 (3) case3 case3 は、林内を流下する鎌瀬用水本線下流部で大きく縦断勾配が変化する手前の箇所に取水Ｄを設置し、飯田洞川右岸沿いに広がる広場に発電所Ｂを設置し、有効落差を大きく確保する計画である。取水Ｃの設置を検討する箇所は、森林内を流下する鎌瀬用水本線であり、周辺には急な斜面が広がっているため、用地の制限が大きく懸念される箇所でもある。また、取水箇所の斜面上部には、社殿が確認されており、水力発電施設の設置による影響を回避する必要がある。発電所設置を検討する箇所は、飯田洞川右岸に位置する発電所Ｂである。発電所Ｂは、取水Ｃに対して最も有効落差を確保するために、放流箇所となる飯田洞川の右岸沿いに広がる場所に発電所を設置し、出力を確保する計画である。有効落差が確保できる位置に発電所が設置できるものの、発電所設置にあたっては①水力発電に使用した後の放流水が中部電力(株)飯田洞水力発電所取水口下流部に放出することとなり、飯田洞水力発電所取水量に影響を与える。②発電所設置にあたり飯田洞川の護岸施設を設置する必要があることから、事業費が増加することが懸念される。

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3.4 最大、常時使用水量の検討 (1) 最大使用水量鎌瀬用水本線の水路断面を確認したところ、流下能力が最も大きくなる箇所の流量が 0.307 ｍ3/s であった。そこで、各 case で最大流量を 0.30ｍ3/ｓをピークに 0.05ｍ3/ｓ刻みで最大流量を変化させていった際の、発電原価を確認すると以下の通りとなる。そこで、今回比較検討する中での最大流量を 0.30ｍ3/ｓに設定し検討する。表 3.4.1 各 case の流量別発電原価最大流量発電原価(円/kWh) case1 case2 case3 0.30ｍ3/ｓ 13.79 13.22 12.56 0.25ｍ3/ｓ 14.67 14.06 13.31 0.20ｍ3/ｓ 16.09 15.64 14.90 0.15ｍ3/ｓ 19.02 18.46 17.76 (2) 常時使用水量各検討案の常時使用水量は、case1～3 について、計画地点の換算流量データの流況表の渇水量から河川維持流量を差し引いた水量を設定した。河川維持流量は 0.02ｍ3/ｓ/100km2 から、鎌瀬用水取水地点の流域面積 2.492km2 に必要な河川維持流量を 0.005ｍ3/ｓとした。表 3.4.2 各検討案の最大使用水量及び常時使用水量 case1 case2 case3

最大使用水量(m3/s) 0.300 0.300 0.300 常時使用水量(m3/s) 0.015 0.015 0.015

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3.5 発電規模及び電力量の算出 (1) 発電規模検討方針設計条件を以下に示す。 1)流量最大使用水量、常時使用水量の確定 2)区間（落差）・取水位置の選定・送水ルートの選定・発電位置の選定 (2) 発電モデル図発電モデル図を以下に示す。 case1～3 FRPM管 φ500 ヘッドタンク発電所図 3.5.1 発電モデル図表 3.5.1 各案の流量、有効落差及び最大出力 case1 case2 case3 流量 (ｍ3/s) 最大使用水量 0.300 0.300 0.300 常時使用水量 0.005 0.015 0.015 有効落差 (ｍ) 29.23 26.86 32.10 最大出力 (kＷ) 60.1 55.3 66.0 この使用水量及び有効落差から各検討案に適応する水車を水車選定図に従い選定を行った。水車形式の選定は、「ハイドロバレー計画ガイドブック」(ハイドロガイド)の水車選定図を基本として行うのが一般的である。そこで、各ケースの水車について確認してみると、クロスフロー水車、一体形水車、ポンプ逆転水車、パイプライン型フランシス水車を選定候補とする。ポンプ逆転水車は効率及びメンテナンスに問題があるため除外する。ポンプ逆転水車は、発電流量が一定範囲で維持されることが求められる。クロスフロー水車は、①機器価格は比較的安価である、②設備の構造が簡単でメンテナンスが容易である、③小水力発電の施工実績も多い。一体形水車は、①機器価格は最も安価である、②効率が他の２機種に比較して悪い、③施工実績が少なく、運開後の設備トラブルの懸念がある。パイプライン型フランシス水車は、①機器価格は最も高価である、②効率は最も良い、③現地状況により衝動水車に比べ水頭が有理となる、④メーカーが１社しかなく高価になる可能性あり。このような特徴から、クロスフロー水車またはパイプライン型フランシス水車を選定し検討をする。

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図 3 . 5 . 2 水車選定図 ( ハイドロバレー計画ガイドブック ) 0.30 0 30 20 40 50 case 1 case 2 case 3