Transcript 小型水力発電プロジェクト分析 - RETScreen International

小型水力発電プロジェクト分析
クリーンエネルギープロジェクト分析コース
流れ込み式小型水力発電プロジェクト、カナダ
写真提供: SNC-Lavalin
© カナダ天然資源省 2001 – 2006.
目的
• 小型水力発電システムの基礎
• 小型水力発電プロジェクト分析
の要点解説
• RETScreen®小型水力発電プロジェクト
モデルの紹介
小型水力発電システムからの供給
• 電源として

中央送電網へ

独立送電網へ

遠隔地の電力供給
…さらに…

信頼性

非常に低い運転コスト

エネルギー価格変動による影響の削減
写真提供: Robin Hughes/ PNS
小型水力発電システムの解説
貯水池
ダムと
余水路
水頭(ｍ)
発電所
電力コントローラ
ちりよけ格子
送電網へ接続
発電機
出力(kＷ)≈ 7 x 水頭 x 流量
開閉所
流量(ｍ３/秒)
タービン
放水路
© カナダ天然資源省 2001 – 2006.
「小型」水力発電プロジェクト
• 「小型」は一般的に定義されていない。

プロジェクトの規模は発電容量だけでなく水頭落差が高いか低いかにも
関係する。
代表的な
出力
RETScreen®
流量
RETScreen®
羽車直径
< 100 kW
< 0.4 m3/s
< 0.3 m
ミニ
100 から 1,000 kW
0.4 から 12.8 m3/s
0.3 から 0.8 m
小型
1 から 50 MW
> 12.8 m3/s
> 0.8 m
マイクロ
小型水力発電プロジェクトの形式
• 送電網の種類

中央送電網

独立送電網又は独立電源
17.6-MW 流れ込み式水力発電,
マサチューセッツ,米国
• 土木工事の種類

流れ込み式

貯水池なし

川からの取水能力で発電量が変わる:
写真提供: PG&E National Energy Group/
Low Impact Hydropower Institute
4.3-MW 流れ込み式水力発電,
オレゴン、米国
確実な発電容量が小さい

貯水池式

年間の発電容量が安定し高い

一般的にダムを作ることが重要
写真提供: Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute
構成要素: 土木工事
• 代表的にはプラントの初期コストの60%と評価
• ダム又は堰で水流を転換

川の流れに対して簡単な構造で低いダム

コンクリート、木製、石材

ダムのコストだけでプロジェクトが実行出来ないことがある
• 水路

水門とちりよけ格子のある取水口：出口の放水路

運河の掘削, 地下トンネル／導水管

水車入り口／出口のバルブ／ゲート、メンテナンス用
• 発電所建屋

水車室, 機械室, 及び電気機器室
写真提供: Ottawa Engineering
構成要素: 水車
•
大規模水力発電水車のスケールダウン型
•
90%の効率が可能
•
流れ込み式の場合, 水流が変化しやすい

水車は水流の変化に対応できる機能が必要、
又は 複数の水車を使用する
•
•
ペルトン水車
反動型水車: フランシス型, 固定ピッチプロペラ, カプラ
ン型

低い～中程度の水頭に適している

水中型水車は水圧と運動エネルギーを利用する
写真提供: PO Sjöman Hydrotech Consulting
フランシス水車
衝動型水車: ペルトン型, ターゴ型, クロスフロー型

高い水頭に適している。

高速ジェット水流の運動エネルギーを利用する
写真提供: PO Sjöman Hydrotech Consulting
構成要素:
電気及びその他の機器
• 発電機


誘導発電機

他の発電機と連結して運転する

大規模電力網への電力供給に適する
同期発電機

他の発電機と独立して運転する

独立電源及び独立送電網に適する
• その他の機器

水車と発電機にマッチした増速機

バルブ、電子制御、保護装置

変圧器
世界の水力資源
• 大陸では蒸発するより多くの雨が降る
• バランスをとるために雨が川となって海に流れ込む
技術的なポテンシャル
(TWh/年)
既に開発（％）
アフリカ
1,150
3
南アジアと中東
2,280
8
中国
1,920
6
旧ソ連
3,830
6
北アメリカ
970
55
南アメリカ
3,190
11
350
9
1,070
45
200
19
中央アメリカ
ヨーロッパ
オーストラリア
出典: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity , 1993, Island Press.
水力地点
• 水力地点に依存する: 開発可能な河川が必要！

比較的短い距離で高度が変化する地点（水頭が大きくなる）

一定期間の水量の変化が受け入れ可能か: 水量時間曲線

残った水量は発電可能な水量を減少させる。
• 水量時間曲線の評価 は下
50.0

一定期間中の水量測定

用地上の放水路のサイズ、
特定の放流、及び水量時間
曲線の形
３/秒)
Flow
流量
(ｍ(m³/s)
記による
水量時間曲線Curve
Flow-Duration
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Percent
Time Flow Equalled or Exceeded (% )
水量がある値を超える時間の割合（％）
小型水力発電システムのコスト
• コストの75% は水力地点の特性
• 高い初期コスト

しかし土木工事と機器の寿命は５０年以上
• 非常に低い運転コストと メンテナンスコスト

通常一人のパートタイムオペレータで十分

主要機器の定期メンテナンスは外部委託
• 高い水頭落差の開発がコスト低下につながる傾向
• 代表的な範囲: $1,200 ～ $6,000 ／ 設置ｋＷ
写真提供: Ottawa Engineering
小型水力発電プロジェクトの考察
•
シンプルな設計と実用的で容易に建設できる土木構造でコストダウン
•
既存のダム及び土木構造の利用
•
開発期間は2～5年

•
水力資源と環境調査: 承認
４段階の技術作業:

視察調査／水力学調査

フィージビリティ予備調査

フィージビリティ調査

システム計画及びプロジェクトエンジニアリング
写真提供: Ottawa Engineering
小型水力発電の環境についての考察
• 小型水力発電は開発変更が可能

魚の生息地

地点の美観

余暇／内航利用
• 環境影響評価の要求は地点とプロジェクトのタイプに依存

既存のダムにおける流れ込み式利用: 比較的小

未開発地点における流れ込み式利用: ダム/堰/水流変換の建設工事

貯水地の開発: プロジェクト規模拡大と共に大きな影響に増大
例: スロバキア, カナダ及び米国
中央送電網小型水力発電システム
• 流れ込み式発電プロジェクトでは流れが十分な
小型水力発電開発,
サウスイースタン, 米国
時に電力網へ供給する
• 長期電力売買契約による電力会社所有又は独
立発電業者のシステム
写真提供: CHI Energy
2.3-MW, 2 水車, Jasenie, スロバｌキア
写真提供: Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse
小型水力発電開発,ニューファンドランド,カナダ
写真提供: CHI Energy
例: 米国及び中国
独立送電網小型水力発電システム
小型水力発電機、中国
• 遠隔地の地域社会
• 遠隔地の住宅及び産業
写真提供: International Network
on Small Hydro Power
• 高い電気料金が普通
• 流れ込み式水力プロジェクトは一
King Cove 800 kW 小型水力発電システム,
700人の町
写真提供: Duane Hippe/ NREL Pix
般に需要の増大に対して追加的
な発電容量が必要となるが、そ
の水量を有することがある。
RETScreen®
小型水力発電プロジェクトモデル
• エネルギー生産、ライスサイクルコスト及び温室効果ガス削
減を世界のどの地域についても分析できる

中央送電網, 独立送電網及び
独立電源

単独水車マイクロ水力発電から
複数の水車小型水力発電まで

コスト計算方法の公式
• 現状では範囲外:

独立送電網の負荷の季節変動

貯水池プロジェクトの水頭変動
(ユーザーは平均値を入力)
RETScreen®
小型水力エネルギー計算
流量時間曲線
負荷時間曲線
タービン効率
曲線の計算
プラント容量
の計算
出力時間曲線の
計算
テキストブック参照
クリーンエネルギープロジェクト分析:
RETScreen® エンジニアリングと実例
小型水力発電プロジェクト分析の章
利用できる再生
可能エネルギー
の計算
利用先（送電網）
へ届けた再生可能
エネルギーの計算
（独立送電網、
独立電源へ）届
けた再生可能エ
ネルギーの計算
© カナダ天然資源省 2001 – 2006.
小型水力発電プロジェクトモデル確認例
• 水車効率
7 MW GEC Alsthom フラ
ンシス水車のメーカーデー
タとの比較
• プラント容量と出力


スコットランドのHydrA との
比較
全ての結果は6.5%以内
• コスト算出方法の公式

100%
Efficiency
効率 (%) (%)

Manufacturer
製造業者
80%
RETScreen
60%
40%
水車効率曲線：
Turbine Efficiency Curves:
RETScreenvs.
対 Manufacturer
製造業者
RETScreen
20%
0%
0%
20%
40%
60%
80%
定格流量に対する割合
Percent of Rated Flow
100%
RETScreen®のコスト評価はNewfoundlandの6 MWプロジェクトの詳細コスト見
積もりと比較して11% 以内
結論
• 小型水力発電プロジェクト (50 MW以下) は中央送電網、独立送電
網、遠隔地の電源へ電力を供給することができる
• 流れ込み式水力プロジェクト:

ローコストで環境への影響が少ない

しかし、独立送電網の場合にはバックアップ電源が必要
• 初期コストが高く、コストの75%は用地の特性による
• RETScreen®は水量時間曲線や水頭などの地点特性に基づいて、
容量、確定容量、出力とコストの評価を行う
• RETScreen®は、重要な予備的フィージビリティスタディのコストを
節約する
質問?
小型水力発電プロジェクト分析モジュール
RETScreen® Internationalクリーンエネルギープロジェクト分析コース
更に詳しい情報は RETScreen ウェブサイトをご参照下さい。
www.retscreen.net