循環型水力発電の開発に向けて

 

水循環と小水力発電の考察-1

 

世は「電力不足」のあとは「水不足」に喘いでいます。
水は人にとって「命」です。
水がなくなれば「死」に至ります。

 

世界の四元素説として「物質は、火、水、土、空気の四元素からなる」という。

 

「地球上には多くの水が存在しており、生物の生育や熱の循環に重要な役割を持っている。その97%が海水として存在し、淡水は残り3%にすぎない。そのほとんどが氷河や氷山として存在している。このなかで、淡水湖・河川水・地下水浅が、人間が直接に利用可能な水で、総量の1%未満である。飲料水として利用できるものはさらに少ない。」

 

「地球における継続的な水の循環は水循環と呼ばれている。太陽エネルギーを主因として、固相・液相・気相間で相互に状態を変化させながら、蒸発・降水・地表流・土壌への浸透などを経て、地球上を絶えず循環している。また、この循環の過程で地球表面の熱の移動や浸食・運搬・堆積などの地形を形成する作用が行われる。」

 

 

自然は太古から「循環」してきた。

地球上では「水循環」が人類発生以前から行われてきたのであって、人類はその流れの水から「おこぼれ」を頂戴して生きてきただけである。

 

人類は地球が生み出す水によって生かされてきた。

 

「電力不足」など笑い事で済ませることができますが、「水不足」は社会基盤を根底から消失させます。
「水危機」は何か日本と日本人に対する「天罰」のような「予感」がします。
3.11被災地を見捨て「政争」に忙しい世の様は、「最後の審判」を受ける「堕落した人間界」のようです。

 

「水」の重要性を再確認しなくてはならない。

日常の蛇口を捻れば出てくる「水」の「ありがたみ」を今こそ感謝し、更に「水力」は人類に「エネルギー」をもたらしてくれる。

 

水循環と小水力発電の考察-2

 

「再生可能エネルギーは貧しい人のためのものだった」

 

ハーバード・ビジネス・スクール教授が語るグリーンビジネスの真の歴史

http://business.nikkeibp.co.jp/article/report/20120912/236691/?P=1

2012年9月13日(木)

 

「再生可能エネルギーの歴史も古く、初めは社会的なものでした。電気は地方や田園地帯には来ていなかったのです。環境のためというよりは、そうした貧しい地域に電気を送ることで社会的弱者を救済するという目的がありました。」

 

「米国で最古の風力発電タービンの会社、ジェイコブスは1920年代に生まれました。農場などに個人向けの風力発電機を設置したのが発端です。

 70年代に風力発電で事業を起こす人が多数出ましたが、彼らはジェイコブスがはるか以前に農場に設置し、そのままにされていた小型風力発電機がどう動くかを再確認することによって、もう少し大型の商用風力発電機を製造したのです。デンマークは風力発電のさかんな国で今では国全体のエネルギー消費量の10%を賄っていますが、もともとは田舎のエリアに設置されていました。」

 

「建築分野でもグリーン住宅の歴史は古いのです。1920~30年代の米国やドイツでは、たくさんのガラス窓を設置し、太陽熱で水を温めるといったパッシブソーラー住宅が登場しました。20年代、フロリダでは住宅ブームがありましたが、多くの家は太陽熱で暖房する仕組みを持っていました。」

 

「それから再エネ普及のためには、火力発電や原子力発電といった従来からのエネルギーと同等のお金とサポートが与えられるべきです。同時に従来からのエネルギーには地球に対する環境負荷に応じて課税をする、特に原子力には重い課税を行う、といった政策が必要です。」

 

「鍵は人々の頭の中にあります。原子力がクリーンだと思えば変化は起こりません。ドイツでは原発はクリーンではないと考え、脱原発に向けて舵を切りました。フランスは原発を依然としてクリーンだと思っています。国によって反応は異なります。たとえ事故が起こらなくても放射性廃棄物の問題はあるわけです。あれだけの大惨事があったのに、日本の反応は驚くほどに鈍く遅い。大飯原発(福井県)も再稼働しました。」

 

「日本では7月から再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度(フィード・イン・タリフ=FIT)が発足しました。再エネが普及するために重要なことは何だと思いますか。」

 

「歴史的に見て、FITは再生可能エネルギーが普及するために最初のブレークスルーとなる、必要不可欠の制度です。80年代初頭のカリフォルニアでは州政府がFITを進め、大きなブームを生み出しました。しかし政策が変わり、今度はドラマチックな破壊が起こりました。最近ではスペインやポルトガルでも同じことが起こりました。

 日本のFIT の成否は10年後に明らかになるでしょう。政策をコロコロ変えることなく、継続的なサポートを維持することが重要です。長い目で見なければいけません。中途半端な政治介入はむしろ再エネの発展の妨げになります。」

 

「日本は太陽光発電や風力発電などのパイオニアでしたが、これまで海外に販売しており、国内の市場整備は遅れていました。日本では化石燃料由来のエネルギーが大部分を占めます。化石燃料は2~3年という短期間で見れば安いかもしれませんが、温暖化などを考慮に入れて20~30年の長期で見た場合には高いです。原子力は事故が起こった場合を考えたら、とてつもなくコストが上がります。伝統的なエネルギーにかけるお金を太陽光発電に振り向ければ、コストを下げられるのです。もっとドラマチックな政策シフトが必要だと思います。」

 

日経ビジネスオンラインより引用

 

 

「再生可能エネルギーは貧しい人のためのものだった」の視点が必要だ。

電力は「必要な時に必要な量」があれば良いのだ。

 

水循環と小水力発電の考察-3

 

自然エネルギーの地産地消を考える

 

自然エネルギー ナビゲーター 松原 弘直 (まつばら ひろなお)

http://www.kankyo-info.net/shizen-ene/eco20080301.php

2008年03月01日

 

地域のサステイナビリティ(持続可能性)を評価する「永続地帯」という考え方をご紹介します。これは地域ごとにエネルギーや食料の自給状況を指標化してその地域の発展や政策評価につなげようという新しい試みで、千葉大学の倉阪秀史先生(環境経済学)が提唱しています。その中で、地域毎に自然エネルギーの地産地消を考える「エネルギー永続地帯」と言う指標があります。この「エネルギー永続地帯」は、日本国内の市区村ごとの再生可能な自然エネルギーによる「エネルギー自給率」について試算したもで地域の特性に応じて自然エネルギーの普及を後押しすることの重要性がわかります。 

千葉大学公共研究センターとNPO法人環境エネルギー政策研究所では、昨年7月に共同で、この「エネルギー永続地帯」の試算結果を発表しました。この試算結果では、日本の全市区町村について、地域での再生可能な自然エネルギーによる電力供給によって、その地域の民生用電力(主に家庭や店舗・オフィスで使われる電力)の需要を、計算上どの程度賄うことができるかを推計したものです。この結果、以下のような事項が明らかになりました。

 

(1) 小水力発電が日本の再生可能な自然エネルギー電力の約6割を占める

 

 再生可能な自然エネルギーの中で小水力の電力供給量が最も大きく、自然エネルギー供給量の59.8%を占めていることがわかりました。この小水力とは、ダム等を利用しない1000kW以下の水力発電のことで農業用の水路などを利用した自然エネルギーとして注目されています。以下、地熱(18.1%)、風力(12.4%)、太陽光(6.0%)、バイオマス(3.7%)の順となっています。ただし、このような再生可能な自然エネルギー起源の電力供給は、日本の民生用電力需要量の3.35%にとどまっています。

 

(2) 4つの県で再生可能な自然エネルギーによって民生用電力需要の2割以上を賄っている

 

 都道府県別では、大分県(30.8%:地熱+小水力)、秋田県 (26.3%:地熱+小水力+風力)、富山県(23.4%:小水力)、岩手県(20.2%:地熱+小水力+風力)が、各都道府県内の民生用電力需要の 20%以上を再生可能な自然エネルギーによって供給していることがわかりました。逆に東京都などの人口密度の高い地域では、自給率が極端に低くなっています。

図:


(3) 76の市町村が自然エネルギーのみで域内の民生用電力需要を満たしている

 

 市区町村別では、76の市区町村が再生可能な自然エネルギーのみで域内の民生用電力需要を満たしていることがわかりました。その分布を日本地図の上に示すと以下の様になり、上位10位までの市区町村をリストにすると比較的多くの地域で小水力による発電が貢献していることがわかります。

図:

 

これらのエネルギー永続地帯の推計結果から、以下のような政策提言が行われています。

1、日本に適した自然エネルギーの種別として、小水力発電にもっと注目する。

 

2、地方自治体におけるエネルギー政策を立ち上げる。

 

3、国はエネルギー特別会計の一部を地方自治体の自然エネルギー普及に振り向ける。

 

4、エネルギー需要密度が大きい都市自治体においては、自然エネルギー証書の購入などの形で、自然エネルギーの普及拡大に寄与する。

 

5、自然エネルギー発電の基礎データが統計情報として定期的に公表されるようにする。

 

日本の自然エネルギーの普及が世界的に遅れていると言われる現状や、地球温暖化対策やエネルギー安全保障の観点からも地域の特性に合った自然エネルギーの普及が期待されています。

 

水循環と小水力発電の考察-4

 

小水力発電:脱原発と地域活性化へ「関西広域推進協」設立 NPOや技術者ら市民有志168人が参加 /奈良

 

毎日新聞 2012年09月14日 地方版

 近畿2府4県に福井、三重両県を加えた地域で広く小水力発電の普及を目指す市民有志が今月1日、「関西広域小水力利用推進協議会」を設立した。環境・エネルギー問題に取り組む大学教授やNPO法人メンバー、技術者ら168人が参加。脱原発だけでなく地域活性化につながる取り組みとして注目されそうだ。

 再生可能エネルギーの中でも水力発電は太陽光や風力より稼働時間が長く、効率の面で優れる。中でも1000キロワット以下の規模の小水力は環境負荷が小さい。ドイツなど先進地と比べ日本は導入が遅れているが、水量と勾配で試算すれば2万カ所程度で可能という。1カ所平均300キロワットとすれば原発6基分にも相当する。

 適地が過疎地に多いのも特徴で、取水口にたまるごみを取り除くなどの管理で雇用も生まれるため、地域再生にもつながる。

 こうした利点が注目され、05年に全国小水力利用推進協議会が設立された。富山、山梨、長野などで県単位の協議会も発足し、九州や四国、関東にも広がり始めている。

 

「小水力発電」は意外に大きなエネルギー?

菅総理が「脱原発依存」を公言し、ますます注目を集めている再生可能エネルギー。今のところ、話題の中心は太陽光や風力だが、実は「小水力発電」も意外と大きなポテンシャルを秘めているらしい。

小水力発電とは、国際的な基準でいうと「ダムなどを造ったりしない(流れ込み式や水路式)、おおむね1万kW以下の発電施設」とされている。また、日本の法律では1000kW以下の水力発電を「新エネルギー」と定義していることから、日本で「小水力発電」と呼ぶ場合、1000kW以下の水力発電施設を意味することが多い。さらに、100kW以下の小規模な水力発電を「マイクロ水力発電」と呼んで区分することもある。

いずれにしても、原子力や火力の発電に比べるとあまりに非力。代替エネルギーとして論じるには無理があるようにも思えるのだが……。はたして、小水力発電にはどの程度のポテンシャルがあるのだろうか。

 

若宮氏の見方そもそも、終戦直後に日本政府が設置した『資源調査会』は、日本のエネルギーは水力を中心にするべきだとする内容の報告書を発表しています。報告書では「急峻な地形と豊富な降雨量という条件を備えた日本においては、エネルギーは水力でまかなっていくべきだ」ということを明言しています。

これを受けて、水力発電を広く行うために「多目的ダム法」が作られました。治水、利水、発電という多目的のダムをたくさん造って、水力を活用しようということですね。ところが、1955年の日米原子力協定でアメリカから濃縮ウランの提供を受けることが決まり、日本のエネルギー政策は一気に原子力に進んでいきました。

日本の降水量は、インドネシア、シンガポール、フィリピン、ブラジル、ニュージーランドに次いで世界第6位です。先進国でこんなに雨に恵まれた国はないし、急峻な山も多い。ダムは年月が経つと土砂で埋まってしまうし、環境へのダメージも大きいので、開発には限界があります。でも、もともと豊かな水の流れを活用すれば、日本ではダムを造らなくても十分に発電できる「資源」があるということです。

小水力発電は、現在の日本では政策的にはほとんど後押しのない状況で、日本国内の再生可能エネルギーによる発電量の59.4%をまかなっています。かつて、日本全国にはおよそ8万カ所の水車があったといわれます。水の流れを利用した水車が回る田園地帯は、日本の原風景ともいえるのです。

 

再生可能エネルギーによる発電比率
 

 

小水力発電を進めるための方法は?

現状でも再生可能エネルギーの6割近くを担う小水力発電。世の中にはあまり知られていないけど、意外に大きなポテンシャルがあるようだ。ところが、現状では小水力発電を進展させるための政策はあまり手が打たれていない。水力発電といえばダム中心の考え方があり、小水力は度外視されてきたといってもいい。

発電に関する日本の政策は、大規模な設備で発電した電気を広く使う方向で進んできた。いわば「集約型」のエネルギー政策だ。でも、小水力発電はむしろ分散型のエネルギーといえる。はたして、日本の小水力発電普及を進めるには、何が必要なのだろう。

 

倉阪氏の見方

小水力発電の設置には、いわゆる「水利権」の問題が大きな障害になっています。たとえば、出力が1kW未満の小さな発電機を設置するにも、ダムを建設するのと同じように膨大な書類を用意して申請する必要があります。河川を管理する国土交通省には水資源部がありますが、農業用水は農林水産省、工業用水や発電については経済産業省、上水道は厚生労働省というように、監督官庁もバラバラです。つまり、今の日本には小水力発電を前提とした統合的な政策が存在していない状態といえますね。

小水力発電は水の流れを利用しますが、水量を減らすことも、水を汚すこともありません。小水力発電については、水利権の対象から外して進めてもよいのではないでしょうか。現在、国としても再生可能エネルギーの活用を進めるために、小水力発電を設置するための手続きの簡素化を検討しようとする動きはありますが、まだ十分ではありません。

 

発電の不安定さは、どうするの?

たとえば、太陽光発電で原子力発電を代替するためには「東京ドーム何個分の土地が…」といった比較がよくされている。でも、再生可能エネルギーは太陽光だけじゃない。先入観で「ショボい」と思っていた小水力発電にも、大きなポテンシャルがある。小水力、太陽光、風力、地熱、バイオマスといったさまざまな再生可能エネルギーを組み合わせることで、日本は自然エネルギー大国になれるのかも知れない。

とはいえ、安定して大出力の電気が作れる原子力や火力に比べ、再生可能エネルギーによる電力が不安定であることは否めない。机上の計算で出力の数値的には代替できたとしても、再生可能エネルギーにシフトしちゃって大丈夫なのか、という不安は残る……。

 

倉阪氏の見方たしかに、太陽光発電の稼働率は13.6%程度とされていて、天候などによる出力の変動が大きいですね。でも、小水力発電の稼働率はおよそ80%。エネルギーの量が世界第3位とされている地熱発電も、24時間比較的安定して発電することができます。さらに、ひとつひとつは小規模で不安定であっても、できるだけ多くの再生可能エネルギーによる発電所を送電網にネットワークすることで、「ならし効果」が生まれて安定した電力供給が可能になります。
もちろん、スマートグリッドの推進や、蓄電池の活用も大切です。ただし、個別に大容量の蓄電池を装備して、ということを前提にしてしまうと、設置コストが高騰して前に進めなくなってしまいます。

「小水力発電」なんてショボいんでしょ?

 

再生可能エネルギーによる脱原発は脱化石燃料にも通じる

再生可能エネルギーによる発電は、地域に利益が落ちる仕組みを構築すれば農林水産業を強くする方法でもあります。また、再生可能エネルギーを利用するための発電機などを日本が先進的に開発していけば、次世代の自動車産業のように成長する可能性もあるでしょう。

再生可能エネルギーによる電力供給の比率を高めていけば、脱原発だけでなく、脱化石燃料を推進することも可能です。化石燃料を輸入するためのお金は海外に流出してしまいますが、再生可能エネルギーへの投資は地域密着型の雇用を生み出し、日本の地方経済を活性化してくれます。再生可能エネルギーで今すぐに「原発の代替を」という議論には無理があります。でも、今から30年かけて再生可能エネルギー国家への道を目指すのは、国の経営としても合理的な判断といえるでしょう。

 

writer's VOICE

2ページ目で紹介した水車の小水力発電機の写真を送ってもらった大町市の『NPO 地域づくりプロジェクト』のご担当者から、小水力発電が「ショボい」という疑念に対して「そんなことないよ」というご指摘のメールをいただいた。このNPOが協力して川上さんという個人の方が設置した「川上マイクロ水力発電所」は出力300W程度。でも、24時間安定して稼働するので、年間でならすと3kW級の太陽光パネルをしのぐ発電効率で、すでに何年間も運転を続けている、というのだ。

個人的には、原子力が「科学の力」なら小水力は「知恵の力」という印象を抱いている。どっちにしても、科学や知恵だけに偏らず、「科学+知恵の力」にしていくのが、自然の力に抗えない人間としては正しい道ではなかろうか。日本の各地に、小水力発電のハイテク水車が並ぶ風景を見てみたい。

 

http://charger440.jp/kakari/vol58/01.php

 

注目すべきは「小水力発電」である。

稼働率は太陽光発電の数倍であり、小水力は市民の「知恵の力」で推進可能である。

 

水循環と小水力発電の考察-5

 

1. マイクロ水力発電の現状と調査の目的

 

水力発電の歴史

水力発電は,日本国内では明治 20 年代より導入が進み,第2 次世界大戦後まで電力需要の伸びと呼応する形で大型化しながら,各地で多数開発されてきた。 戦後は,化石エネルギーによる火力発電に主役の座を明け渡したが,オイルショック以降は貴重な国産エネルギーとして見直されており,様々な要望に応える形で発展し続けている。 負荷追従能力を活かした揚水式発電などが登場してはいるが,近年では開発余地が少なくなった大規模な水力発電設備から中小規模水力発電の開発に社会の注目は移ってきている。 これは,技術の進歩や発想の転換等により小規模でも水力発電設備の実現が見込めるようになったためでもあり,国や自治体,民間企業等で小水力発電施設の導入検討が積極的に行われている。

 

水力発電の規模の定義

旧来,電力会社が展開する大型の水力に対し,出力の小さいものを中小水力という区分けが行われてきた。この小水力よりも,さらに小さい出力のものをマイクロ水力と称し,近年積極的に導入の検討がなされている。過去には,その出力規模によって,表1-1のような「おおよその分類」が示されたこともあるが,一般にはほとんど浸透しておらず,出典として引き合いには出されるものの,実状に即していない状況である。

 

大水力    100,000kW 以上

中水力    100,000kW ~ 10,000kW

小水力     10,000kW ~ 1,000kW

ミニ水力     1,000kW ~ 100kW

マイクロ水力     100kW 以下

表1-1 水力発電のおおよその分類区分

(出典:「マイクロ水力発電ガイドブック」P.13 NEDO)

 

今日では,新エネルギー区分として水力発電設備をとらえることが多く,水力発電のうち出力が1,000[kW]以下のものを対象に「新エネルギー」として捉えることとなった(「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法施行令の一部を改正する政令」平成20年4月1日施行)ことから,小水力発電の出力上の分類についても,新エネルギーの区分けと同様に『1,000[kW]以下』とするのが一般的となっている。 すなわち現在では,1,000[kW]以下の水力発電設備を「小水力発電」もしくは「マイクロ水力発電」と呼称する事例が多い。 本報告書では,こうした事情を踏まえ,1,000kW 以下のものを小水力発電,100kW 以下のものをマイクロ水力発電と呼称する。

 

水力発電の現状

大型の水力発電設備については,電力会社や公営電気事業者による導入事例が本県も含め全国で多数存在しているが,経済的見地や環境面等から新規開発はほとんど進まない状況である。また,中小水力については,水車において大水力のものを小型化し対応しているものが多いことから,基本的に従来型水力の延長線上にあると考えることができるため,全国においても様々な導入事例(第2 節に詳細を記載)が存在する。 本県においても少数だが実現事例が存在することから,検討や実現に必要な情報は既に充実しているとも言える。しかしながら,本調査の主目的範囲とした 100[kW]以下レベルのマイクロ水力発電については,水車が中小水力の延長線上の技術だけでは対応できない地点も存在することから,全国的に見ても他の範となるような成功事例は少なく,本県においても導入事例は同様に少ない状況である。

 

2. マイクロ水力発電(小水力発電)の特徴

 

未利用エネルギーの活用

電力会社が整備する大中水力発電設備は,発電設備を設置するという目的が起点となり,そこから利用水の整備(例えばダムの設置や導水管の整備等)を行う。 マイクロ水力発電設備においては,まず手元に水の未利用エネルギーの存在があり,それを有効利活用しようとするところがスタートとなる。 即ち,発電のために水を整備するのではなく,既に整備されている水に潜んでいる未利用エネルギーを利活用することになるため,利用する水車発電機に水を合わせる(整備する)のではなく,今ある水の状況(流況や運用)に適している水車発電機を検討し,選び出すという作業を行うこととなる。 電気を作るという面では両者の間に違いはないが,そこに至る過程は発想自体も含め大きく異なる。既に整備されている水(インフラ)に後付で水力発電施設を設置することになるため,投入される資機材,作業量は少なくなり,周辺環境に与える影響は自ずと減少する。

 

クリーンなエネルギー

環境貢献という面でもう一つ挙げられるのが,低CO2 排出のクリーンなエネルギーであることである。水力発電は,その製作と除却過程ではCO2を発生するが,発電過程では発生しない「環境に優しい」システムである。 さらにマイクロ水力発電では,製作過程における「集水設備」を大幅に削減することで,従来型の水力発電システムよりさらにCO2 発生を抑えることができる。 これが,近年マイクロ水力発電を含めた「小水力発電」が注目されている大きな理由の一つである。

 

ローコストなエネルギーの可能性

マイクロ水力発電は既存の水インフラの利活用が起点であることから保有する絶対的な水エネルギー量は小さく,そのため得られる電力量も大きくはない。 大規模な土木工事を要しない一方で,マイクロ水力発電を建設するには,あらゆる場面(設計,資機材製造,設置工事,運用,保守等々)でコストダウンを実施することにより,得られる電力量に見合う建設コストに抑えることが可能である。こうした取組により,従来設置が不可能とされていた未利用エネルギー包蔵地点の開発が可能となる。 マイクロ水力発電は,こうした努力によりローコストになる可能性があることから,ローコストであることは付与の特徴ではなく,努力して得られた(得ようとしている)特徴であると言える。

 

新潟県地域新エネルギー重点ビジョン 報 告 書 平成23 年2 月 新潟県

「小水力発電導入の可能性調査」より転載

 

大規模な水力発電設備から中小規模水力発電の開発に社会の注目は移ってきている。

技術の進歩や発想の転換等により小規模でも水力発電設備の実現が見込めるようになり、地域の状況に合った「自然エネルギー」を活用するこそが「エネルギーの自立社会」を築くことができる。

 

経済性だけの「大規模な発電施設」から、自然環境にあった「小規模な発電施設」へとの「発想の転換」が求められる。

 

水循環と小水力発電の考察-6

 

水力発電に再び脚光、工場や農地で「小水力発電」

 

 本来であれば水力発電は化石燃料に依存しない再生可能エネルギーの代表格のはずだが、大規模なダム式や火力・原子力発電を必要とする揚水式が主流のため、再生可能エネルギーに分類されないことが多い(図1)。もともとは自然な水の流れを生かした発電方法であり、一定規模以下の発電設備であれば固定価格買取制度の対象として認められる。

 

特に注目を集めているのが発電規模の小さい「小水力発電」と呼ばれるもので、通常は発電能力が200kW未満の場合を指す。この小水力発電のコストや効率性を太陽光発電と比較してメリットとデメリットをまとめてみる。

 

水の流れは安定、発電量も落ちない

 最新の太陽光パネルの発電能力は面積が1平方メートルあたりで150W程度である。仮に150kWの発電能力を実現するには、1000平方メートル分の太陽光パネルが必要になる計算だ。これに対して200kW以下の小水力発電に必要な水車の大きさは直径1メートル以下のものが多く、収容する建物も小規模で済む(図2)。

 発電設備の形態が違うので単純な比較はできないものの、太陽光発電よりも用地は小さくて十分だろう。特に河川に近くて水を大量に使う工場や農地に向いている。

 

では実際にかかる建設費や期待できる発電量はどうなのか。環境省が分析した結果では、1kWhの電力を作るコストは太陽光発電よりも低い(図3)。その最大の要因は天候による影響が小さいことにある。

 太陽光や風力の場合は、1kWの発電能力があっても、実際に得られる電力量は平均すると1割~2割程度まで落ちてしまう。これに対して小水力発電では水量や落差によって決まり、平均して7割程度の発電効率(設備利用率)を維持することができる。水の流れは雨の影響などはあるものの、太陽の日射量や風の強さほどには大きく変動しない。

 

発電効率が7割ならば10年で元をとれる

 最大の問題点は建設費と運転維持費の高さである。固定価格買取制度における見積もりでは、発電能力が200kW未満の小水力発電の場合、建設費は1kWあたり100万円で、太陽光発電の2倍以上になる。運転維持費も年間で7万5000円/kWと他の発電方法を大きく上回る(図4)。

 仮に100kWの小水力発電を実現させるとなると、建設費で1億円、運転維持費で毎年750万円かかる。もちろんこの費用を前提に買取価格が決められているため、他の発電方法と比べて決して不利ということはない。

 200kW未満の場合の買取価格は税引き後で34円/kWhに設定されている。発電効率が平均的な7割と想定すると、100kWの発電設備で年間に約60万kWhの電力を作り出すことができ、2000万円程度の収益を見込める。10年間で建設費と運転維持費を十分にカバーして元をとれる計算が成り立つ。

 あとは水量や落差によって決まる発電効率の高い場所を選ぶことである。もし発電効率が5割まで下がってしまうと、採算が合うまでに15年以上かかり、買取期間の20年のうちにコストを回収できないおそれもある。設備を導入する前に入念な設計が必要だ。

 

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1209/12/news021.html

 

「小水力発電」は再生可能エネルーギーの中でも、その発電効率は高く、風力、太陽光に比べて安定した電力が得られる。

 

これまで「水利権」によって、「水力発電」の拡大は妨げられてきたが、「小水力発電」の評価見直しが進む中で、日本の自然環境に合った「小水力発電」の開発が必要だ。

 

水循環と小水力発電の考察-7

 

小水力発電の現状、意義と重要性

 

[1]水力発電の現状

 

水力は、現在でもわが国の電力供給の約1 割を占める重要なエネルギー源ですが、「低炭素社会」、「循環型社会」、「自然共生社会」という持続可能な社会を実現するにあたって、水力発電の特性である、

 

(1)発電時に二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等を発生しないクリーンなエネルギーである。

 

(2)水は循環しており、繰り返し使える再生可能なエネルギーである。

 

(3)わが国は、山紫水明の自然環境に恵まれた豊かな水資源が豊富にあり、水力は純国産エネルギーである。

 

(4)水力発電は、他の発電システムに比較し、発電効率が80~90%と高く、エネルギー変換効率に優れている。

 

(5)太陽光発電や風力発電のような他の自然エネルギーと異なり、日照や風の影響を受けることなく、安定した発電が可能である。

 

といった優れた特性が見直されつつあります。

 

[2]水力発電の意義

 

2-1 低炭素社会に向けた新エネルギー普及の重要性

 

わが国のエネルギー供給は、その5 割近くを石油に依存しており、石炭を含めた化石由
来資源の割合は依然として7 割を超えています。従って、低炭素社会に向けた取り組みを進めるために太陽光、風力、水力など自然エネルギーの活用やバイオマスエネルギーをはじめとする新エネルギーの普及を図ることが重要です。

 

2-2 エネルギー安全保障における新エネルギー普及の重要性


一方、わが国は世界有数のエネルギー消費国ですが、その8 割以上を海外からの輸入に
依存するというきわめて脆弱な構造になっています(資料-5)。昨年の原油価格高騰をはじめとする、エネルギー市場を巡る世界情勢の構造変化の影響を軽減し、エネルギー安全保障を確立するためには、エネルギーの利用効率の向上とともに、エネルギー源の多様化や分散化が極めて重要であり、この点でも自然エネルギーやバイオマスエネルギーを活用したエネルギー自給率の向上を図る必要があります。

 

2-3 分散型エネルギー供給・利用システムの可能性


水力は、既に述べた通り、今後の再生可能エネルギー開発の重要な位置を占めるべきエ
ネルギーですが、大規模なダム建設を伴う設備には多額の資金と完成まで長期の期間が必要となる上、周辺環境に及ぼす影響も考え合わせると様々な問題を抱えています。これに対して、これまで経済性に劣る等の理由で開発されてこなかった河川維持流量等放流設備や砂防ダム、農業用水利施設等を利用した小水力発電(発電出力:1,000kW~10,000kW)やミニ水力発電(発電出力:100kW~1,000kW)は、取水設備等の既存設備を利用することができるため、短期間の施工が可能であり、維持管理も容易であると同時に環境負荷が小さく、地域の再生可能エネルギーを活用した分散型のエネルギー供給・利用システム(エネルギーの「地産地消」)として注目されています。

 

2-4 水力発電に利用可能な未開発の包蔵水力


我が国が有する水資源のうち、技術的・経済的に利用可能な水力エネルギー量を表す「包蔵水力」の出力別分布(資料-6)によると、水力発電に利用可能な未開発地点が多く残されており、地域における分散型エネルギーとして一層の活用が期待できます。

 

中津川市HPより

 

再生エネルギー活用社会の形成には「水力」が重要だ。

 

水循環と小水力発電の考察-8

 

「水」について

 

水は人類にとって最もありふれた液体であり、基本的な物質である。また、人が生命を維持するには必要不可欠であり、さまざまな産業活動にも不可欠の物質である。

 

古代ギリシャではタレスが「万物のアルケーは水」とし、エンペドクレスは四大元素のひとつで基本的な元素として水を挙げた。古代インドでも五大のひとつとされ、中国の五行説でも基本要素のひとつと見なされている。18世紀の後半まで、洋の東西を問わず人々はそうした理解をしていた。それが変わったのは、わずか二百年ほど前のことで、19世紀前半、ドルトン・ゲイリュサック・フンボルトらの実験が行われアボガドロによって分子説が唱えられたことにより、H2Oで表すことができる水素と酸素の化合物と理解されるようになったのである。

(→#水の知識の歴史概略)

 

常温常圧では液体で、透明ではあるが、ごくわずかに青緑色を呈している。 日常生活で人が用いるコップ1杯程度、あるいはバケツ、風呂程度の量の水はほとんど色は出ないので、水の色は「無色透明」と形容される。あるいは詩的な表現では、何かの色に染まっていないことの象徴として水が用いられることがある(ただし、これはメタファーであって、物理学的な言葉の使い方とは異なる)。しかし、海、湖、ダム、大きな川など、厚い層を成して存在する大量の水の色は青色に見える。このような状態で見える水の色を、日本語ではそのまま水色と呼んでいる。

(→水の色)

 

水は基本的に無味、無臭である。

 

化学が発展してからは化学式 H2O で表され、水素原子と酸素原子は共有結合で結びついている、と理解されている。

(→#化学的性質)

 

また水は、かつて1kgや1calの単位の基準として用いられた。

(→#物理的性質)

 

すべての既知の生命体にとって、水は不可欠な物質である。生物体を構成する物質で、最も多くを占めるのが水である。核や細胞質で最も多い物質でもあり、細胞内の物質代謝の媒体としても使用されている。通常、質量にして生物体の70% - 80%が水によって占められている。人体も60%から70%程度が水である。

(→#生物と水)

 

地球表面、特に海洋に豊富に存在する。水は人類にとって身近であり生物の生存に必要な物質であるが、宇宙全体で見渡してみると液体の状態で存在している量は少ない。

(→#水の分布)

 

現代の人類の水の使用量の約7割が農業用水である。現代の東京の家庭での水の使用量を多い順に並べると、トイレ、風呂、炊事となる。

(→#水の使用)

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

 

自然の水循環と水の有効利用とを共存することが必要だ。

 

水循環と小水力発電の考察-9

 

水資源の危機

 

世界の水はたったこれだけ

 

地球は水の惑星といわれていますが、飲み水として利用できる水はどのくらいあるのでしょうか。実は98%が海水で、淡水は2%、その大部分は南極や北極の氷山などで、私たち陸上生物が利用できる水は全体の0.01%にも満たないのです。地球上の水すべてが風呂桶一杯の水だったとすると、私たちが使える水はわずかに一滴。この一滴の水をすべての陸上生物が分かち合って生きているのです。この水が枯渇したり汚染されると、すべての生物が絶滅してしまうのです。

 

水危機の現状

 

現在、世界の約7億人が、水不足の状況で生活しています。不衛生な水しか得られないために毎日4900人(年間約180万人)の子どもたちが亡くなっています。(国連水資源報告書,人間開発報告書)

水不足の地域では、干ばつや地下水の減少、湖沼が小さくなるなど、食糧を作るための農業用水や飲み水さえ十分に得られなくなっています。

 

黄河

中国第2の大河の取水が増えたために、1年の半分以上は河口まで水が流れなくなり、流域の人々が飲料水にも困り、工場の操業停止、公衆浴場、公衆便所も使えなくなった。

アラル海

世界第4の湖(びわ湖の100倍)が近代農業(綿の栽培、灌漑農業)のために水量が激減。面積は半分、水量は1/3、塩分濃度が上がり、漁獲量がゼロになってしまった。干上がった湖底の塩分が風で周囲に飛散し、塩害で農業は壊滅的打撃を受けている。

 

水不足から食糧危機を招く

 

小麦などの穀物の栽培には大量の水が必要です。 1キログラムの穀物の生産にはその1000倍以上、つまり1トン以上の水が必要です。水不足になることは食糧の不足へとつながるのです。

 

特に人口増加に伴って、食糧を増産する必要が出てきたため、これまで農地にしていなかった乾燥地帯で灌漑農業が行われるようになりました。このことにより、さらに大量の水が必要となりました。黄河やアラル海が干上がった原因は、大規模な灌漑農業を行うために、上流域で大量の水を河川から汲み出したため引き起こされたのです。

 

アメリカやインドでは地下水が枯れて農業用水が十分に得られなくなり、農地が減り始めています。世界の食糧生産の4割以上を支えている灌漑農業は、その生産量を維持することが難しくなっています。このままでは大規模な食糧不足は避けられないのです。

 

水をめぐって国際紛争も

 

いくつかの国際河川(国境をまたがる河川)では、河川の水量よりも上流での水需要が多くなり、下流で水が枯渇し始めたことによる国家間の紛争さえ起きています。こうした地域は今後、人口が増加するにつれてさらに増えると予測されています。

 

世界の水紛争

  • すでに紛争が起きた地域
    • リオグランデ川 ( アメリカとメキシコ)
    • インダス川 (インドとパキスタン) など
  • 今後紛争が予測される地域
    • ナイル川( エジプト、エチオピアなど)
    • ガンジス川 (インド、ネパールなど)
    • チグリス・ユーフラテス川
      (トルコ、シリア、イラク)など

 

水不足の原因は?

 

どうしてこのような水不足がおきているのでしょうか?

私たちの豊かな生活を支えるために水の使用量が急増したことが、最も大きな要因なのです。

特に食糧を増産する為の水消費は50年前に比べて3倍増加しています。

さらに途上国での工業化や生活の物質的な向上によって、水需要全体も50年前の3倍になっています。人口増加の2倍の割合で水消費が増えているのです。

 

世界の取水量の推移

 

 

今後の予測

 

2050年に人口は90億人になると言われています。食糧生産や途上国の経済発展に伴ってますます水需要が増加します。

さらに温暖化により、世界各地の雨の降り方も大きく変化し、乾燥化が進むところや洪水により、かえって飲み水などが不足する地域も出てくるのです。

2025年には世界人口の2/3が水不足になると予測されています。(第4次地球環境概況など)

 

世界から水をかき集める日本!

 

こうした水不足を引き起こしている原因の大部分は、アメリカやEU、日本などの先進国の水の大量消費 です。
近年では、インドなどの発展途上国が近代化したことも原因に含まれます(下グラフ)

さらに大きな問題として、輸入に頼っている日本は、その生産に必要な水を間接的に消費していることになります。(これを仮想水と呼びます)

 

日本が輸入している大豆や小麦は100億トン、牛肉は150億トンの仮想水を輸入しているのと同じなのです。

日本の輸入品(農産物や工業製品)のために使われている仮想水は全部で約 800億トンになり、日本の水使用量全体(約830億トン)とほぼ同じ量の水を海外で消費していることになります。

 

例えば、輸入された米、輸入された牛肉で作られた牛丼を一杯食べるということは、海外で使われた数トンの水を消費していることと同じです。

私たちの普通の生活のために、想像以上に途上国の生活を破壊しているのです。

 

各国の水資源消費(一日一人あたり)

 

ネットワーク『地球村』HPより引用

http://www.chikyumura.org/environmental/earth_problem/water_resource.html

 

水はエネルギー資源であり、水の大量浪費は「エネルギー不足」を生む。

そして、水は貴重で限られた資源であり、水不足は人間社会の破綻の始まりである。

 

水循環と小水力発電の考察-10

 

水力とは

 

水力(すいりょく、Hydropower,Waterpower)とは、水の持つ位置エネルギーや運動エネルギーを、動力として利用すること、あるいはそうやって得られる動力のことである。水の勢いによって生まれる水の力のこと。

 

概要

 

水力では羽根車を水の力を利用して回すことによって、他のエネルギーに変換する。電力などのエネルギーに変える場合もあり、この際には水力発電の略称として用いられることもある。

 

一般的に水を使って動力を得る様式で主なものとしては、以下のような形式がみられる。

 

水車:川などの水の流れを利用し、製粉(水車小屋)や揚水(例:ハマーの揚水用水車)などを行う。

 

発電用水車 水力発電:ダムと併用し、高いところから落ちる水を利用して発電を行う。小規模な場合はダムを併用しないこともある。

 

潮力発電:潮の干満を利用して発電を行う。潮汐発電とも呼ぶ。

 

揚水発電:電力消費量が少ない時にポンプで水を汲み上げて、電力消費量が多い時に発電を行うもの。つまり、電力を水の位置エネルギーに変換して蓄えておく、電力貯蔵装置とでも言うべきものである。水の汲み上げの時に使う電力の方が多い。

 

水の持つ位置エネルギーや運動エネルギーは、地球全体の環境からみると、主に太陽光やそれに起因する熱によって、水が三態(三相)に変化しながら移動した結果だとみなすことが可能である。海や湖などに溜まっている水は、蒸発することで空気中に上り、雨や雪の形で再び地上に降り注ぐ。こと位置的に高い地域に降りそそいたこれらの水は、川となって低い場所へ移動するが、この過程で川の流水を直接ないしダムに蓄えるなどして、その位置エネルギーや、低い位置に向かって流れるという運動エネルギーを利用するのである。海流もそういった太陽からの熱エネルギーが関与しているが地球の自転も関与しているし、潮汐の場合は地球の自転の他にも月や太陽の引力が関与しているなど、やや複雑である。

 

いずれにしても地球が太陽からの恩恵を受け続ける限りにおいては、そのエネルギーはほぼ無尽蔵に使うことができると考えられており、またそういった「自然に元々存在するエネルギーを利用する」という観点において、火力による二酸化炭素や原子力における放射性廃棄物などといった汚染の心配がないことから「公害のないクリーンなエネルギー」ともみなされる。ただ、この水の持つエネルギーを利用する上で、ダムの設置など水の移動を制限する施設を設置することで、周辺の環境に影響を与える可能性があり、流水量の変化に伴い水辺の生態系への影響から、下流の流水量変化に伴い、この水量に依存する様々な影響(河川の浄化能力の減少や浚渫力の減少に伴う水底への土砂の堆積など)もみられる。この影響は程度問題ではあるが、規模によっては深刻な環境問題となる場合もある(→アスワン・ハイ・ダムのケースなどを参照)。

 

なお水力の利用は古くからよく研究されているため、水量の規模によって様々なレベルでこれの利用が可能である。例えば、小川のような小さな流れに設置可能な小水力発電機から、河口や海峡などに設置することを前提とした潮力発電まで、その規模に応じた設備が開発・利用されている。なお小川に対応したものでは、個人での設置が可能な製品もある。

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

 

人類の生存に欠かせない「水」を知る。        (水理学、水利用)

 

水循環と小水力発電の考察-11

 

水理学

 

古代四大文明が全て河川に沿って誕生・発展したように、古来から水と人間の生活は密接な関係を持っており、その中で「水理学」は特に水の物理的挙動(流れ)を対象とした学問であり、河川工学、海岸工学、水道工学、水資源工学、農業工学、防災工学などの基礎となっている。

 

水理学は以下のような場所で現実へ応用されている。

 

建造物

・上水道の管網計算・ポンプ・水車・ダム・水門・用水路・防波堤

 

 

                        連続体力学

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水文学

 

水は学問の対象としてのみでなく水資源としても重要であるため、水文学は理学、工学、農学などの様々な分野において研究が行われてきており、横断的な研究領域という側面をもつ。研究分野は、水循環の各素過程、すなわち浸透、流出、蒸発散、地下水流動、湖沼、河道流出などを対象とするもの、これらの各素過程における水質を取り扱うもの、地球全体などさらに広い領域水循環を対象とするものなどがある。また、社会との接点を取り扱う部分もある。

 

関連する学問としては、理学においては気象学、陸水学、湖沼学、工学の土木工学における河川工学、水理学、また農学における砂防学、灌漑工学、土壌物理学などがある。広義の水文学は、このような関連する学問をすべて内包した総合的な学際領域であると考える場合もある。

 

流体力学

 

流体力学は連続体力学の一部であり、流体の変形や応力を扱う物理学である。大きく流体動力学 (fluid dynamics) と流体静力学 (fluid statics) に分かれるが、日本では流体動力学と流体力学の区別はない。工学分野では、水を対象とする水力学(水理学)や空気を対象とする空気力学という分野に分けて扱われることがある。

 

液体と気体を総称して流体といい、その運動を論ずる学問を流体力学という。とくに流体の静止状態を対象とする場合、流体静力学hydrostaticsという。浮力に関するアルキメデスの原理、水圧機の基礎を与えるパスカルの原理などがその範囲に入る。これに対して運動中の流体を対象とする場合が流体動力学hydrodynamicsである。

 

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

 

人類は長い時間をかけて、水に関する多くの解析を行ってきた。

 

水循環と小水力発電の考察-12

 

水と文化

 

人は水辺を生活拠点として生きてきました。

古代文明が黄河、インダス河、チグリス・ユーフラテス河などの各流域で芽生えたように、人は水とともに生きていく生き物なのです。

WHO(世界保健機構)によれば人が人間らしい生活を営むためには、最低1日5リットルの水を必要とします。

この5リットルというのは水環境にめぐまれずギリギリの水量で生活している場合です。

水は文化のバロメーターといいますが、いわゆる文化的な生活になればなるほど、水を多く使います。

ごく普通に洗面したり、料理したりだけで1日40~50リットル。生活用水の標準的使用量は、洗濯70リットル、食事45リットル、風呂40リットル、トイレ35リットル、洗面20リットル、掃除10リットル、その他15リットル、合計で235リットルにもなります。

現代人は他にも産業用、農業用と水を大量に使って生活物質をつくっています。

例えば、牛肉1キログラムをつくるためには20トンの水が必要ですし、小麦粉1キログラムを生産するには1トンの水が必要です。

高層ビル、大きな病院、ホテル、官庁や企業での水使用も日ごとに増加しています。

水使用量は、都市を構成する重要なファクターの1つです。

これらの水も加えると、先進国では1人1日あたり400~500リットルの水を使っていることになります。

 

水の利用状況

 

水使用の現状

平成21年における我が国の水使用実績(取水量ベース)は約815億m3/年(年間約八百十五億立方メートル)生活用水約154億m3(約百五十四億立方メートル)、工業用水約116億m3(約百十六億立方メートル)、農業用水約544億m3(約五百四十四億立方メートル)(公益事業や消・流雪などのために使用された水量は含まない)

 

生活用水

家庭で使用される水を家庭用水、オフィス、ホテル、飲食店等で使用される水を都市活動用水といい、これらをあわせて生活用水と呼んでいます。

生活用水の一人一日当たり使用量は水洗便所の普及などの生活様式の変化に伴い1965年から2000年までの間に約2倍に増加し、この間の人口の増加や経済活動の拡大とあいまって、生活用水の使用量は約3倍に増加しましたが、1998年頃をピークに緩やかに減少傾向になっています。

家庭用水の使い方は、トイレ(約28%)、風呂(約24%)、炊事(約23%)、洗濯(約16%)といった洗浄を目的とするものが大部分を占めています。

 

工業用水

工業用水は製造業などの産業活動に供給される水で、原料用、製品処理・洗浄用、ボイラー用、冷却用などに使用されています。

使用量には、一度使用した水を回収して再利用している水量が含まれており、使用量全体の中で、回収利用している水量が占める割合を回収率と呼んでいます。

工業用水の使用量は1965年から2000年までの間に約3倍に増加しましたが、回収利用が進んだため、新たに河川等から取水することが必要となる水量(補給量といいます)は1973年をピークに漸減しています。

 

農業用水

 

人類は水を様々な用途に利用してきた。

 

水循環と小水力発電の考察-13

 

水循環 ー1

 

現状と課題

 水利用の状況や、森林や農地、都市などの土地利用形態などの変化は水循環に影響を及ぼし、水質汚濁や川などの流れの変化、野生生物の生息環境の劣化に伴う生物多様性の喪失、ふれあいや憩いの場としての身近な水辺の減少などの障害をもたらすこともあります。

 

 

水循環悪化の背景

 

 水循環は、水と人間、人と自然との関わりにより様々な影響を受けてきた。具体的には、水の経済的資源としての利用(利水)の量的拡大と質的劣化や水害防止等のための治水の進展が、「流れ」としての水循環のみならず「場」としての水環境・地盤環境に大きな影響と負荷を生じる面を有した。

 

 特に、20世紀後半以降、都市への人口集中に伴う急激な都市域の拡大や農業をめぐる厳しい経営環境等を背景に、森林、水田等の減少や荒廃、都市での雨水の不浸透域の拡大が進み、流域全般にわたり、地表水・地下水を通じ水の涵養機能が低下傾向を辿った。他方、都市化や生活水準の向上等に伴い生活用水需要量が飛躍的に増大し、さらに工業用水や発電用水等への需要も拡大し、水循環の有する水の供給能力や浄化機能に必ずしも沿わない人工的な水循環系が増大した。特に、地下水に着目すると、井戸掘削技術の普及による地下水の大量汲み上げは、地下水を中心にした水循環に大きな影響を与えた。さらに近年では、多種多様の化学物質の登場や使用量の増大に伴い、それらの物質による環境、特に、地下水や土壌環境への負荷の増大が懸念されている。

 

 また、治水においても、我が国は大河川下流部に人口が集中し高度な経済社会活動が営まれてきたという特徴があり、このような活動を可能とするため、洪水等の脅威を押さえ込む方向で治水上の基盤整備がなされてきた。このような治水により人口増加に対応し、効率的な経済活動が可能となったが、他面必ずしも水循環のもつ多様な機能にまで十分に配慮が払われたとは言い難い状況も生じた。

 

 これらに加えて近年では、酸性雨の問題や、地球温暖化と水循環との密接な関係が明らかになりつつあるなど、人間活動が地球的規模での降水パターンの変化を引き起こす可能性も指摘されている。

 

水循環の悪化による障害

 

 以上のような水循環をめぐる我が国の社会経済的な変化を背景に、人間の諸活動による自然の水循環系に対する大きな負荷が生じ、その機能が部分的に損なわれ、その結果、水環境や地盤環境に多くの障害が生ずるという事態となっている。

 

 

このような水循環の悪化の状況を流域の水の流れに沿って上流域から概観してみると、次のとおりである。

・森林地域
森林は、保水機能等を有する土壌の形成や地下水涵養機能及び水質浄化機能により地下水や地表水の水源の役割を果たしている。しかし、開発等による天然林の減少や人工林の手入れ不足により、地下水涵養機能を中心にその機能が低下している。
・農村地域
水田等の農地は多量の水の利用を通じた地下水涵養、自然浄化、すなわち地下水の循環利用、さらには水環境の保全という点で重要な役割を果たしている。しかし、近年の農地の減少やコンクリートライニング水路整備等により、地下水涵養機能及び浄化機能が低下している。また近年、過剰な施肥や、農薬等による地下水等への環境負荷の問題や、特定の地域においては渇水時の地下水過剰汲み上げにより地下水位の低下、地盤沈下がみられる。
・都市地域
地表水・地下水ともに大きな需要地域であるが、近年、不浸透域の拡大による地下水涵養量の減少や、市街地等の非特定汚染源から降雨等により流出する汚濁負荷の増大が見られる。また、地下水過剰汲み上げにより地下水位の低下がみられる。
その結果、湧水の枯渇や河川の平常時流量の減少、水質の悪化の進行、生態系の劣化、地盤沈下の発生、ヒートアイランド現象、都市型水害の発生等様々な障害が発生している。また、異常渇水時において、地盤沈下がなお見られる状況にある。
さらに、人工的な給排水システムによる自然の水循環からのかい離も見られる。
・沿岸域
沿岸域の埋め立てや開発による藻場・干潟等の減少や、沿岸域における河川からの土砂供給に変化が発生している。

 

 このような現状は、長期的にみた我が国の環境の保全と持続可能な発展の観点から看過しえない問題である。

 

 特に地下水は身近な水資源として高く評価される一方、地表水に比べて流動速度が遅いため、涵養量を上回る地下水利用を行うと枯渇しやすく、また、自然の浄化機能が働きにくい化学物質の地下浸透や自然の浄化能力を上回る汚濁負荷による水質汚染に対して脆弱な特性を有している。このため、地下水位の低下による地盤沈下や水質汚染が発生すると、その復旧が困難であったり、回復に長い時間を要することとなる。

 

 例えば、地下水の過剰採取や雨水の不浸透域の拡大による地下水涵養量の減少は、地下水の需給バランスを崩すこととなり、地盤沈下の発生、湧水の枯渇、地下水位の低下に伴う周辺井戸の取水障害等を生じる原因となる。また、湧水の枯渇等は、水生生物の生息や水辺地の保全に対しても悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、海に面した低地地域では、地下水の過剰採取により地下水の塩水化を招く恐れがあり、一旦塩水化するとその回復は容易でない。また、かつての鉱害のように地下に存在する有害物質が地表に汲み上げられ、地表水を汚すこともある。

 

 一方、地下水は本来、土壌・地盤等が有する自然の浄化機能により、清浄な状態に保たれ、そのまま、あるいは塩素処理のみで飲用に供することが可能である。また、地下水は水温の変化も少ないことからその取水源たる井戸が自然の冷蔵庫などとして親しまれ、さらには井戸端会議といったコミニュケーションの場としても有用な存在である。しかしながら近年の地下水の枯渇や水質の悪化に伴い、井戸水は身近な存在から遠い存在となりつつあるのが現状である。

 

 特に最近では、都市部を中心とするトリクロロエチレン等の化学物質の不適切な取扱い等に起因する地下水汚染が数多く判明しつつあるとともに、過剰施肥や畜産廃棄物の不適正処理等に起因する硝酸性窒素による地下水汚染等の問題が顕在化してきている。

 

 また、水道水源の約7割を占める地表水についても湖沼の富栄養化といった問題に加え、近年の気象変動による地域的・局所的な渇水・洪水の多発やクリプトスポリジウム等の病原性微生物の出現、微量化学物質や内分泌攪乱化学物質等の問題、廃棄物の不適正処理による問題などにより、新たな課題に直面しつつある。

 

引用ー中央環境審議会 水質部会・地盤沈下部会合同審議(平成10年12月)

「環境保全上健全な水循環に関する基本認識及び施策の展開について」中間まとめ

 

自然の「水循環」に対して、人間が悪影響を及ぼしている現状がある。

このまま放置すると、人間の「生存基盤」さえも危うくさせる「危機感」が必要だ。

 

水循環と小水力発電の考察-14

 

水循環 ー2

 

環境保全上健全な水循環

 

 (1)水循環は先に見たように上流域から海に至る下流域という面的な広がりのみならず、地表水と地下水を結ぶ立体的な広がりを有する。環境保全上健全な水循環を目指していく際には、単に問題の生じている箇所のみに着目するのではなく、流域の面的な広がりと、三次元的なつながりを意識しつつ、特に地下水に着目した場合、地下水涵養域及び地下水流出域毎にきめ細かな対応と相互の連携強化が必要である。

 

 また、地下水循環は地下水の特性、例えば被圧地下水と不圧地下水の違いや地域による地下水の流量や流速の差違によって、循環機構や水循環回復のための施策が異なる場合があることに留意する必要がある。

 

 (2)先に見たように水循環悪化の背景には、増大する人間活動、なかんずく水需要の増大と汚染物質の増大による環境負荷の高まりがあるが、今後は、水の利用と水環境の保全を両立させるための一層の技術開発や利害関係の調整システムの整備などを進めていく必要がある。また、今後の地球温暖化による降水パターンの不安定化や既に高度な水・エネルギーの多消費型社会となってきている我が国の現状を考えるとき、今後は節水や再利用を基本として、できる限り水を大切に使う社会を目指していく必要がある。

 

 (3)治水については、今後とも人間の生命、財産を守るという観点から不可欠なものであるが、これまで以上に、水の浄化機能や多様な生態系の維持といった自然の水環境が有する機能を損なわないような方策の開発や実施を図り、環境保全上の観点から健全なものとすることにより治水と環境の保全と両立させる必要がある。

 

 (4)自然の水循環は基本的に太陽エネルギーと重力をその動力源としている。健全な水循環への転換を図る施策は化石燃料等の資源やエネルギーを多消費するようなものではなく、自然のエネルギーを最大限活用するものとする必要がある。

 

 

 環境保全上健全な水循環が実現し、水の浄化機能をはじめ自然の水循環の有する様々な機能が十分に発揮され、水環境(水量、水質、水生生物、水辺地の保全)と地盤環境が良好に保たれている状態の具体的なイメージの例としては以下のとおりである。

 

* 流域における地下水涵養機能や地表水・地下水を通じた水の循環利用が図られ、豊 かな河川流量が確保されている。また、各所で豊かな湧水が維持されているとともに、 適正な地下水利用が行われて地下水の枯渇や地盤沈下が生じていない。

 

* 水循環に配慮した汚染防止が行われるとともに水循環の各過程で土壌や流水による 自然の浄化能力が発揮され、汚染のないきれいな水が確保されている。

 

* いわゆる水無し川が解消されるなど水循環の各過程で自然の水流等が可能な限り確 保されるとともに、豊かで多様な水生生物との共生が実現している。

 

* 特に都市部において雨水の地下浸透や中小河川などの水辺復活等が進み、緑の増加 と相まってヒートアイランド現象が緩和されている。

 

* 美しい水辺や湧水が身近なものとなるとともにその価値が再認識され、水を大切に 使いつつそれを守り育てる気運がますます高まっている。

 

 

引用ー中央環境審議会 水質部会・地盤沈下部会合同審議

 

日本人の精神として受け継がれてきた「水を大切に使いつつそれを守り育てる」心を忘れてはいけない。

水循環と小水力発電の考察-15

 

水循環

 

21世紀型の循環型都市水利用システム

独立行政法人科学技術振興機構(JST)HPより引用

 

従来型の都市水利用システムの限界

世界的に都市の人口と経済は伸び続けており、これを支える水資源需給は今後とも一層深刻化するだけでなく、水資源供給が満たされても、発生する廃水により、適切な処理がなされなければ、質的に水資源価値が失われる。20世紀、身近な水資源の量的限界から、次第に量的条件や質的条件の満たされる流域内外の遠隔地からの水を都市に運搬し、利用してきた。また発生する廃水は、十分な希釈容量をもつ水域を選択することで、環境へ還元する質的レベルの向上を回避してきた歴史でもある。現在、ダムを中心とした在来型水資源開発手法に限界が生じ、環境への配慮や上流下流問題など合意形成の困難さが明確に認識され始めている。

 

水の繰返し利用の現状と質的改善の必要性

琵琶湖・淀川水系などの一部を除いて我国の都市の多くは沿岸域にあるため、このような一過型水利用システムが中心となってきた。しかし世界的には水の繰返し利用が行われる流域がほとんどであり、下流の水利用と水生生態系を考えると、取水量をできる限り減少させ、取水前の量と質的状況で水循環系に戻す21世紀型の循環型水利用システムに近づけるべきである。

これまでの廃水の処理の限界性から、難分解な天然有機物(NOM)に加え、病原微生物や消毒副生物、生理活性物質、医薬品・日用品などを含む様々な有害な微量物質が、公共用水域に広範囲に含まれていることが報告されている。水域へ放流される排水量の増加とともに、水資源は人や生態系の影響が懸念される多くの成分を含んでいる。

 

質的変換技術の多様化と水のNOMの理解の必要性

水の質的変換技術は、膜やオゾン・AOPを中心に水道、下水道での最適スケールの変革をもたらしつつある。また、従来技術での除去困難物質の対応への多様性も与えている。このことは、水利用システムと排水システムの最適スケールについても再考を促すものである。逆浸透(RO)膜を始めとした質変換技術の進歩は、達成可能な質的レベルの選択自由度を上げている。しかし、環境に多量に存在するNOMは、微量物質の運搬や膜やオゾンなどの処理能力と機能、副生成物に大きな影響を与える。このため、水源に含まれる様々なNOMの理解がきわめて重要となっている。

 

リスク、エネルギー使用を考慮した都市水システムの必要性

今後、世界的には都市や農業生産への水供給の増加、健康や生態への安全性配慮が一層重要となるが、地球温暖化対策の進展とともにエネルギー資源も益々制約される。水については輸送エネルギーが極めて大きいため、従来の水供給システムの枠を超えて、下水道のパイプネットワークを水供給システムとしても考え、下水を再利用し都市で求められる水需要を満足する処理システムを考案する必要がある。その際、都市に由来する水資源には、不要かつ有害性を含む多くの因子が含まれるため、この制御方法や水利用でのリスクの削減レベルが重要となるとともに、そのエネルギーをどのように改善できるのかが大きな課題である。

 

http://www.wcs21st.jp/

水利用の一過型からカスケード型(地形の高低差を利用した、階段状の水の流れ)へ

 

新しい「水循環」システムの開発が進む。 

 

水循環と小水力発電の考察-16

 

水循環

 

水ビジネス

 

技術の原点は日本の稲作

 モンスーン帯に位置し、山が急峻で平地が少ない日本列島。2千数百年前、ここに稲作が伝わり、数世紀を経て全国各地に広がっていきました。それから稲作を中心とする国土づくりが始まり、明治のころまで稲作が社会・経済の基本となる時代が続きました。人々は森林を拓き、水を引き、水田や畑で農業を営み、むらを作り、さらに都市を発展させました。

 新たな「米」を得るために、地域の自然条件あるいは社会条件に合わせながら、耕地を拓き、むらを作り、水を制御し利用する技術。それらを合わせた総合技術は、百年ほど前から「農業土木技術」と呼ばれるようになりました。それが私たちの技術の原点です。

 

水循環を活かす技術

■ 水循環とは

 地球上の水は、自然のしくみによって循環しています。太陽エネルギーにより海や陸から蒸発して雲となった水は、雨や雪になって地上に降り、一部は地表面からの蒸発や植物体からの蒸散で失われ、残りは河川の水や地下水となって、やがて海に戻ります。これを「水循環」といいます。

 

■ 水循環のしくみと農業用水

 稲作が経済力の中心であった時代、稲作に必要な水は、地域にとって最も重要な資源の一つでした。また水循環のしくみが巧みに利用されていました。

 稲作のために取り入れた水は、「かんがい用水」としてのみならず、飲料水、炊事・洗濯など「生活用水」、「家畜用水」、水車の動力など「地域用水」として利用されてきました。これらの用水を合わせて「農業用水」と呼ばれていました。

 水田に貯められた水は、稲からの蒸散と田面からの蒸発以外は、大部分が地下水となるか排水路や河川に流出します。それらの用水は、流れているうちに酸素を吸い込み、土壌を通って地下水になるうちに浄化されます。そして、再び下流で用水として何度も繰り返し利用されます。このような機能は、現在の工業用水や都市生活用水にはみられることができないものです。

 

水循環の概念
出典「農業土木コンサルタンツの将来展望」(平成19年3月 農業土木事業協会)

 

技術

業務への適用例







水不足を解消する

・必要な水を考える

かんがい用水、上水道、工業用水、用水再利用などの計画

・水を貯める

ため池、ダム、貯水池、貯水タンク

・水を取る

取水堰、用水ポンプ場、揚水井戸

・水を運ぶ

水路(パイプライン、開水路)

水による被害を防ぐ

・出水の規模を考える

排水計画、森林や農地が持つ水の貯留能力

・大水害を防ぐ

河川改修、防災ダム、排水ポンプ場、海岸堤防、防潮水門

・湿害を防ぐ

暗渠排水、地下排水

水の質を考える

・水質を保全する

汚水処理施設、水質浄化施設、下水道・集落排水施設

・水環境を考える

生態系の保全とその浄化機能、水辺環境の景観活用

水のエネルギーを活かす

・落差を活かす

水車、水力発電、潮位差発電、波力発電

・熱・温度を活かす

作物の凍霜害防止、微気象コントロール、ヒートポンプ

水をはかる(測る、計る、量る)

・水量・流れ等を予測する

川・水路、地下水、潮流などの量・流れ・動きのシミュレーション

・水の効果や被害を予測する

水の量・流れから生じる効果や被害のシミュレーション

 

http://www.ntc-c.co.jp/index.html

 

水ビジネスの適用範囲は広い。

 

 

水循環と小水力発電の考察-17

 

水の環境負荷削減

http://windofweef.web.fc2.com/library/w_e/eng/03.html

 

 昨今、日本で「水」に対する注目度が高まっている。製品のライフサイクルにおける水の消費量を数値化するウォーターフットプリントの理論が広まり始め、「省水」が企業の課題になりつつある。また、環境省は今年度、来年度と水質汚濁防止法を改正して規制を強め、さらに新しい排水管理法の研究も進めている。一方で、地方自治体が長年培った水道技術を活かし、海外進出を加速させている。これは、世界的な人□増加と座業化による水需要の高まりとそれに伴う水不足、環境対策としての水資源保全が混然一体となって進行しているのが理由だ。もはや「水」は企業にとっては無視できない新たなトレンド。「水」の価値が見直される時がきた。

 

水の危機

 

水の危機(Water crisis)とは、1970年代から現代までの、地球上の水資源と人類の需要とを比較したときの状態をさします。世界規模で見た水資源の状況を表す言葉として、国際連合などの国際機関が使用し、水不足と水質汚染が主要な問題とされています。地球上の水は、地下、表層、大気に蓄えられているが、絶対量には上限が存在する。また海水を飲用水にするための処理に必要なエネルギーは莫大であり、今のところ海洋を水源とみなすのは現実的ではなく。人類が利用できる水資源は、一部の淡水に限定されているため「水の危機」というわけです。

 

具体的には、水の危機は次のような形で顕在化しています。

・安全な飲み水を得ることができない11億人の人々

・地下水の過剰な汲み上げによる農耕地の不毛化。

・水資源の過剰利用と汚染による生物多様性の低下。

・水資源の不足による地域紛争。

 

水系感染症と不衛生な生活用水は、世界でもっとも主要な死因であり、疾病の80%の原因だとの指摘もあります。

 

 

水の見える化するWFP

 

 近年、環境問題に敏感なグローバル企業が「商品の原料調達、生産から消費、廃棄までに使用される水の量」を算出するウォーターフットプリントを取り入れ、対策を始めている。C02削減と同様、水使用量の削減は今後、世界的なトレンドになりそうな勢いだ。

 ここ数年、地球温暖化対策によるC02削減の取り組みは特に先進国では常識になってきた。それに伴って出てきたのが、「C02だけで環境への影響を測って良いのか」という議論だ。確かにC02の削減は重要だが、C02だけが環境に影響を与えているわけではない。この議論の進行と同時に、急激に「水」への関心が高まってきた。なぜ水なのか。
 それは、様々な調査によるデータから水に関わる生命の問題と、水は無限の資源ではないという認識が世界的に共有されてきたからだ。
 世界保健機構(WHO)と国連児童基金(UNICEF)が2010年に出した推計では、上水道や井戸などの安全な水を利用できない人口は08年に約8傍8400万人おり、約26傍人が下水道などの基本的な衛生施設を利用できない状況にある。一方で、人口の増加や工業の発展、生活様式の変化によって世界の水需要量は、2000年時点で約4000km3/年から、50年には約3割増の約5200km3/年まで増加すると予想され、国連開発計画(UNDP)によれば、水不足に直面する人口が10傍人規模に通すると見込まれているのだ。この危機的状況から「省水」(水使用量の削減)の意識が生まれ、ライフサイクルを通じてC02がどれくらい発生するかを算定するカーボンフットプリント(CFP)と似た「ウォーターフットプリント(WFP)」という概念が生まれた。 WFPはオランダのArjen Hoekstra教授らによって開発された理論で、「商品の原料調達、生産から消費、廃棄までに使用される水の量を算出する方法」だ。例えば「1キロの牛肉のために16トンの水が必要」という形で表す。

 

「水は無限の資源ではないという認識が世界的に共有されてきた」

世界の水環境にも目を向けなくてはならない。

 

 

水循環と小水力発電の考察-18

 

水ビジネス

http://windofweef.web.fc2.com/library/w_e/eng/03.html

 

 2025年には市場が87兆円に達するという水ビジネス。2010年以降、日本各地の自治体も海外、特にアセアン諸国で参入を図っている。しかし、今のところJICA主導の案件が多く、まだまだ実際のビジネスには結びついていないのが現状だ。

 ここ1、2年、日本各地の自治体が国内で培った高度な水処理技術を活かし、民間企業と提携して水道事業を海外で展開しようとする動きが目立つ。その内容を見ると、国際貢献色の強いものからビジネスとして収益化を狙うものまで様々だが、2025年には87兆円にも道するという2年前に経済産業省が試算した海外水ビジネスの巨大市場を意識しているのはどこも同じだろう。成長戦略としてインフラ輸出を掲げる政府の後押しを受け、例えば東京都と横浜市、名古屋市は出資する第3セクターをベースに、大阪市や北九州市などは自治体が自らアジアを中心に営業攻勢をかけている。

 自治体が海外での水事業に進出するきっかけとなったのは、2010年5月、総務省の渡辺周総副大臣(当時)の主導で勉強会が開かれ、政府として自治体の海外での水ビジネス参入について指針を出したことによる。 「議会、地域住民の十分な理解を得ることができれば、地方自治体も外国で事業をする特別目的会社(SPC)に出資することを目的として起債しても良いということ、地方自治体の職員が海外事業をするSPCで働く場合、退職派遣という形で、なおかつそのSPCの主業務が国内向けであれば、職員の業務が海外に聞することであっても構わないという趣旨のことが記述として明確に盛り込まれたことによって門戸が聞かれました」(経済産業省水ビジネス・国際インフラシステム推進室室長三橋敏宏氏)。

 

 

現時点ではJICA案件が大半  

 この展開には伏線がある。日本の民間企業が今後拡大を見込まれる水市場に参入しようとしても、水事業の運営、管理実績がないため、入札審査にすら遣らない。民間企業がスタートラインに立つためには、海外の会社を買収するか、水道を維持管理する技術を持つ自治体と組むかの二者択一で、インフラ輸出を促進する国は自治体と連携する道を開いたのだ。地方自治体の参入を認める指針が出されてから2ヵ月後の7月には、横浜市が第3セクターの「横浜ウオーター」を設立し、8月には東京が国際派遣ミッション団をマレーシアに派連。同じく8月、北九州市では海外水ビジネス推進協議会が発足し、11月には神戸市が水ビジネス参入のために神鋼環境ソリューションと提携するなど、政府のお墨付きを得た自治体は海外展開を見越して続々と動き始めた。

 しかし、水ビジネス業界の障壁は決して低くない。各国で1億大規模の給水を担い水メジャーと称されるフランスのヴェオリア社、スエズ社を筆頭に海外企業がシェアを奪い合っている市場で、他国での事業経験のない日本の自治体や提携する企業が望むような大型案件を獲得するのは至難の業だ。結果として、自治体が受注しているのはこれまで長年に渡り日本が支援してきたアセアン諸国で、従来と同様にJICA主導のODAが絡む案件がほとんどというのが現状だ。例えば、東京都がマレーシア、大阪市がベトナムのホーチミン市、北九州市がカンボジア、神戸市がベトナム・キエンザン省で手掛ける案件などはJICAがほぼ資金を出している。昨年12月、JICAの支援事業でカンボジアと縁が深い北九州市が技術コンサルタントとしてカンボジア主要9都市の水道計画に関わることが決まり、200億から300億円と言われるその後の本格的な事業に参入する可能性を得たように、JICA事業は大規模案件受注のきっかけ作りにはなり得るが、三橋氏は、この援助ありきの流れを変えたいという。 「アセアン諸国ではほとんどの場合、一定の援助も加えた上で民間も投資する事業を期待されています。しかし、官民連携のPPP事業(パブリックプライベートパートナーシップ)として提携する企業が収益を挙げることを認める一方、日本がどれだけ援助をするかということをセットで議論することになる。また、日本政府がビジネスを応援するというと、それを支えるODAを期待する企業もありますが、日本は決して財政に余裕はないので、お金がある国、例えば中国、インド、産油国などでしっかりとビジネスをして収益を挙げることを考えていくことがとても重要です。途上国を対象とした事業を大切にしながらも、お金のある国で事業をして収益を国内に還元するというアプローチを基本的な考えとして常に持っていたいと思っています」

 

今後を占う横浜・日揮連合

 現在、自治体で三橋氏の言うビジネスの出発点に立っているのが横浜市だ。横浜市は、同市に本社を置く生産設備大手の日揮と提携じ横浜コンソーシア ム"として、60万人規模の人口を持つサウジアラビアの中堅都市ブライダとウナイザの水道事業でコンサルティング業務を開始する足がかりを得た。この案件は水道事業の民営化を進めるサウジアラビア政府が大都市を中心に外資の水道事業会社とコントラクトマネジメント契約を結ぶなかで、昨年9月に営業をかけた日本政府と前述の2都市に関する覚書を交わし、大臣間のやりとりによって横浜コンソーシアムが業務を受けることが実現した。この契約には日本からの援助が含まれておらず、JICA経由の事業とは一線を画していると言える。また、本格的な設備を建設し運営する際にサウジアラビア水道公社と一緒に何をどう使うかを選定する立場にある上、純粋なビジネスとしての実績を得ることでサウジアラビアと同じ問題を抱える他のアラブ諸国での受注に繋がる可能性があり、今後のベンチマークになる事業と言える。

 現在、海外での水事業で日本が得ている収入は約1800億円。経済産業省はこれを2025年までに10倍の1.8兆円にするという目標を立てている。そのためには漏水率などで世界トップクラスの技術を誇る地方自治体の存在は不可欠で、今後ますます自治体の海外進出が加速するだろう。その過程でいかに援助からビジネスに転換できるかが問われる。

 

 

「水道事業のノウハウを持つ地方自治体が民間企業と組んで、海外で水ビジネスに参入する。 2010年、政府がこのパブリックプライベートパートナーシップ(PPP)事業を認める方針を出した大きな理由の1つは、水事業の経験がなく、25年には87兆円にも拡大すると見られる水ビジネスの市場に参入するのが難しい日本の民間企業をサポートするためだ。これは国の外貨収入を増やすと同時に、日本の優れた水道技術を輸出し、国連ミレニアム開発目標(MDGs)が掲げた「安全な飲料水及び基本的な衛生施設を継続的に利用できない人の割合を15年までに半減する」という目標に貢献するという目的もある。」

 

 

世界に向けての「水ビジネス」は国家事業ではあるが、日本企業の「水技術力」が世界に貢献できるのか問われている。

 

 

水循環と小水力発電の考察-19

 

水車

 

http://www.smallhydro.co.jp/products/suisya.html

ペルトン水車

■ 高落差に適した衝動水車で、経済性に優れた水車です。

■ 変流量特性が優れています。

■ 適用領域(落差、水量)は、他の水車とほとんどラップしません。

■ 横軸と立軸があり、ノズル数は1~6射までです。(横軸:1,2射,立軸:3,4,5,6射)

ペルトン水車

ペルトン水車の仕組み

 

フランシス水車

■ 発電用の水車としては最もポピュラーな水車です。

■ 高効率(85〜93%程度)で、変落差、変流量特性に優れています。

■ 落差と水量の適用領域がクロスフロー水車とラップしますが、フランシス水車の利点としては、吸出し高さを利用できる点や効率が高い点などがあります。

 

フランシス水車

フランシス水車の仕組み

 

 

クロスフロー水車

 

■ 小容量の領域では、経済性に優れた水車です。

■ 変流量特性が優れています。

■ 衝動水車のため、吸出し高さ分が損失落差となります。

■ 適用領域(落差、水量)は、フランシス水車とラップします。

■ 効率は、フランシス水車と比較すると数%〜10%程度低くなります。

 

クロスフロー水車

クロスフロー水車の仕組み

 

カプラン水車

■ 一般河川や農業用水路の低落差の地点に最適です。

■ 設置地点の条件に応じて、5機種の中から選定できます。

(ピット形、バルブ形、S形チューブラ、Z形チューブラ、立軸形)

■ 発電機との連結は、平ベルト、ギアボックス、直結などの対応が可能です。

■ ガイドベーンとランナベーンの可動により、変落差、変流量の場合でも高い効率で運転できます。

カプラン水車

 

カプラン水車の仕組み

 

 

サイフォン水車

■ 標準化された低落差向けの簡易型水車発電機です。

■ 一定流量タイプのプロペラ水車です。(流量に合わせ3機種ラインナップ)

■ 計画地点の流量に合わせ、ランナベーンの角度を調整/固定して納入します。

■ 単独運転はできません。必ず系統連系して使用する必要があります。

■ 流量変化のある地点では、複数台設置して運転台数を切替える高効率運転も可能です。

サイフォン水車

 

サイフォン水車の仕組み

 

 

開放型上掛水車

■ 羽根の材料は、鋼材です。(木製ではありません)

■ 塵芥やスノージャムに強い水車です。除塵機などの設備は不要です。

■ 農業用水の落差工などを利用した発電に適しています。 水車が停止した場合でも、水路の流水に影響を与えないため、水路の中に設置することが可能です。

(バイパス水路を設ける必要はありません)

開放型上掛水車

 

開放型上掛水車の仕組み

 

 

開放型下掛水車

■ 取水ゲートなどとの連動制御にて、異常出水や水車停止の場合でも、水路の流水の安全を確保できます。

■ 水車の羽根の材料は松材です。羽根として最適な剛性を備え、異物を噛みこんでも部分的に破損するため、水車全体のダメージを防ぐことができます。羽根の寿命は20〜30年程度です。

■ 農業用水の落差工などを利用した発電に適していますが、水車が停止した場合でも水路の流水に影響を与えないように、バイパス水路なども設けて設置する必要があります。

 

開放型下掛水車

開放型下掛水車の仕組み

 

 

水循環と小水力発電の考察-20

 

水循環社会

 

世界人口が69億を超えたいま,食糧やエネルギーとともに水環境が深刻なテーマになっている。

水不足,水質汚濁…。新興国の急速な経済発展に伴い,社会インフラや安全保障の観点からも水の重要性は増している。

国内では,上・下水道や処理施設などの社会インフラが相次ぎ更新時期を迎え,成熟社会における持続可能な水環境の再構築が求められている。

 

 

水環境の持続可能な循環型社会構築について,
国内外の環境問題に取り組んでいる国立環境研究所大垣眞一郎理事長に聞いた。

 

代替物質がない「水」

水資源について考えるとき,重要なのは「代替物質がない」ことです。工業や鉱業で産み出される消費財と違い,水は循環しているという点で,自然界を構成する物質の中で特に重要です。大切なのはH2Oそのものではなく,生活サービスを提供する素材としての役割といってよいでしょう。

ボトルウォーターという「水」が市場商品となっています。ボトルウォーター1リットルと,私たちが1日に一世帯で普段使用している生活用水およそ1m3とが,同じ200円程度です。価格が1,000倍違います。安全・安心で安価な生活用水をどう供給するかが大切なのです。

水資源を自然界から持ってきて,人が使って,また自然界に戻す。東京なら多摩川,利根川などから取水して,東京湾に返しています。上流から下流,さらに海洋に至るまで,水循環という大きな自然環境の中に都市生活があります。

「水」は公のものとして供給しなければなりません。ローマ帝国の時代から社会として最も重要な事業の一つとしての水システムがあります。水供給や汚水処理といった水環境ビジネスの根本なのです。

 

日本の水資源の技術と文化

日本の狭い国土で人口が集中する東京都が,世界一の水供給システムを作り上げてきました。漏水率わずか3%の水道管網の品質の高さや,一人当たり1日の使用料数十円という低廉さは,社会インフラとして成功している証です。

1980年代から,東京・西新宿地区で世界に先駆けて高度下水処理水を水洗便所などに利用してきました。また,玉川上水など用水としての機能がなくなったところでは,景観用水として見事に再生されています。水を大切にする社会的合意があるのです。

国内では上下水道施設の新規整備は少なくなりました。経験豊かな技術者も減り,技術継承が課題となっています。一方,設備更新などの再整備の投資が差し迫っています。膜処理などの新技術や新しい水環境システムに対応できる人材の育成が必要となっています。

 

水環境ビジネス,建設業の役割

水環境の社会インフラについて,鹿島さんをはじめとする民間企業・団体が,勉強会などを通じ様々な形での海外進出に取り組んでいます。世界各地の多様なニーズに,日本のこれまでの水に関する豊富な実績と技術のノウハウが活かされることでしょう。

これまで,施設・設備分野は建築,上・下水道は土木と分かれていましたが,最近は水環境を一体的な循環系のシステムで考えるようになってきています。これからは水環境システムに関して建築・土木などの専門分野を統合する必要があると考えます。

水循環システムとして持続可能な「環境都市」を提案していくためには,幅広い知見が必要です。水源地,ダム,河川,上水,下水,海域など水環境にトータルで関わっている建設業の活躍が期待されているのです。

http://www.kajima.co.jp/news/digest/apr_2011/feature/chapter4/index-j.html

 

 

持続可能な水環境の再構築

http://www.kajima.co.jp/news/digest/apr_2011/feature/index-j.php

 

大切な水を上手に使う国

日本は,年間降水量が約1,700mmで世界平均約810mmの2倍。しかし人口密度が高いため,一人当たりの水資源の量は年間約5,000m3と,世界平均の3分の1程度にとどまる。さらに降水の多くは,梅雨時や台風の時期に集中するとともに,山間部の多い急峻な国土では,雨は短時間で海洋に注がれてしまう。

我われは,この貴重な水資源を大切に使い続けなければならない。山林・原野から貯水池・河川,用水・上水道,農村・都市,下水道・排水処理,河川・海洋というおおきな水循環の中で,これまで様々な社会インフラを整備し,水資源を有効に利用してきた。

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毎日の生活基盤を使いつなぐ

国内の上・下水道事業などの社会インフラは,これまでおもに自治体が担ってきたが,財政悪化などにより担当の職員も減少し,厳しい状況となっている。上水道施設は今後10年ほどで相次ぎ更新時期を迎え,将来的なサービス水準の維持に懸念も出はじめた。一方で下水道施設の普及により,大量に発生する汚泥が廃棄物として環境維持の負担となっている。

老朽化した既存施設を止めずに更新工事する技術(ノンダウン更新)や,バイオ技術などをともなう高度な設備の運転・維持管理など,水循環施設の再整備で民間のノウハウをいかす機会が増えてくる。

 

水循環と小水力発電の考察-21

 

水循環の小水力発電(特許文献から)

 

水を循環させ、その水流から水車を回転させ電力を得る技術が様々考案されている。

 

循環式自家用水力発電装置

【公開番号】特開2006-170179

 

 

【課題】水力高圧エアーインペラーモーター併用揚水発電機は、構造面でも複雑で一般家庭で使用可能であるか、わからない不都合があった。
本発明の目的は、従来と異なる方式で最小限の設置で一般家庭に満足のできる新エネルギーを提供することにある。
【解決手段】前記目的を達成するために、本発明は、循環式自家用水力発電装置は、始めに水道管4よりホースを使って、地下に設置された地下貯水槽2と上部貯水槽3へ一定量の水を供給して、前記上部貯水槽から地下貯水槽へ水を落下させる水圧管5と前記水圧管の先端の噴射口19の下部に設置された水車部と前記水車部により変速手段を介して駆動する発電機15を備えたことを特徴とするものである。前記水車部では、水車10を水車ケース11の中に水車を設置して、水の流出を防ぐ手段と、前記水車部により変速手段を介して駆動する発電機と、を備えたことを特徴とするものである。


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水道水など利用して、小型形状で、コストも安く場所もあまり取らない、何処でも設置ができて一般家庭に向いた、二酸化炭素を発生させない節電が期待される、循環式自家用水力発電装置である。
【背景技術】
【0002】
従来より、水力高圧エヤーインペラーモーター併用揚水発電装置があって、初期起動に外部入力だけで、運転中に、外部入力の必要がなく、自己消費後の余剰電気エネルギーを外部供給ができる、水力高圧エヤーインペラーモーター併用揚水発電機、特用2001-254662
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、このようなタイプの水力高圧エヤーインペラーモーター併用揚水発電機は、タワー本体とタービン発電機と水力高圧エヤーインペラーモーター高圧エヤーポンプからなっていて、タービン発電機で生じたエネルギーで水力高圧インペラーモーターと高圧ポンプを稼働さす仕組みであるが、果たしてタービン発電機でエネルギーで二者の消費電力を差し引いた、余剰電力が如何程になるか開示されていない、構造面でも複雑でコストの推定ができず一般家庭で使用可能であるか、わからない不都合があった。
【0004】
本発明の目的は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、コストが安価で一般家庭でも簡単に設置できる循環式自家用水力発電装置を提供するものである。
【0005】
本発明の目的は、従来と異なる方式で最小限の設置で一般家庭に満足のできる新エネルギーを提供することにある。

 

 

ソエタ式発電

【公開番号】特開2007-113558

 

 

【課題】化石燃料に頼らないクリーンで全天候型の継続発電装置を提供する。
【解決手段】高架水槽に貯水した水の落下エネルギーでタービンを回転させて発電する。天候に左右されず化石燃料を必要とせず継続して無公害の発電ができる。発電に使用した水は下部の貯水層より高架槽にポンプで揚水し循環使用されるため水の消費はない。


【発明の詳細な説明】
本発明は一定の水を循環させるため水の消費はない。
化石燃料を必要としないため燃費ゼロの発電機である。
騒音が無い。
規模の大小は自由である。
従来技術との比較
従来の発電はダムをつくり環境を破壊する。
従来の火力発電は公害を排出する。
原子力発電は危険が伴う。
風力発電は風が無いと発電しない。
太陽光発電は夜は発電しない。
発明の実施の形態
本発明は立地の条件を選ばないため多目的利用が出来る。

 

 

水循環式水力発電装置

【公開番号】特開2007-9721

 

 

【課題】 装置を大型化、高コスト化することなく、水のエネルギーを高めて発電率を上げることができるようにする。
【解決手段】 水が循環する水平状の円環形の流路1と、この流路1内に収納されて流路1内を流れる水のエネルギーで羽根が回転する水車4と、この水車4の羽根に水圧を加えるため流路1内を循環する動作体7と、この動作体7を流路1の外側から操作して循環させる動作装置9と、また上記の水車4の主軸4aに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機10とを備える。動作装置9を、流路1の外側に配置して動作体7を吸着する永久磁石9aと、この永久磁石9aを支持する支持部材9bと、この支持部材9bを回転させて永久磁石9aを流路1の周方向に沿って回転させるモータ9cとで形成する。


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は水循環式水力発電装置に関し、更に詳しくは円環形の水路を利用して水の圧力エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換し、例えば家庭用の電力を補助できるよう形成した水循環式水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来この種の発電装置としては、例えば水道管の途中に水管を連結し、この水管に水車室を設け、この水車室内に水車を設けると共に、この水車室の手前の水管内を、水車の中央より上方又は下方の何れかの部分に水流が当たるよう狭め、水車の回転軸を発電モータの回転軸に連絡し、発電モータを蓄電池と連絡しているものがある(例えば特許文献1参照)。
【0003】
従来この種の水力発電装置は、上記の特許文献1に記載されている先行技術のほかにも、種々提案されている。しかし従来品の場合は、通常、水を流す管が直線状に形成され、この管内を流れる水のエネルギーを電気エネルギーに変換する方式であった。従って従来品によると、水の圧力エネルギーが弱く、発電率が低い、という問題点があった。また従来、発電量を上げる場合は、水をポンプで高所に上げるなど、装置が大型化、複雑化し、コストが高くなるのを避けられなかった。
【特許文献1】特開平8-42440号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、提案されたものである。
従って本発明の解決しようとする技術的課題は、水車で水力発電する装置において、装置を大型化、高コスト化することなく、水のエネルギーを高めて発電率を上げることができるよう形成した水循環式水力発電装置を提供することにある。

 

 

水循環と小水力発電の考察-22

 

新しい水循環の小水力発電の開発に向けて

 

人間の生存基盤である「必要最低条件」としての「水」と「エネルギー」を得るために、これまでの人類史の中で、より効率的な「水開発」が行われてきた。

 

「水資源」は有限であり、無尽蔵に利用できるものではないことが認識されている。

自然の「水循環」を理解すれば、これまでの「治水開発」は「自然破壊」をもたらしてきたとの反省の上で、将来への「水資源」に対しての「危機感」を持つ。

そして人間にとっての「水循環」の重要性を知り、「水環境」の「再構築」が求められている。

 

さらに「エネルギー源」としての「電力開発」も「自然破壊」をもたらしてきた。

「地球環境」は、人類によって「病んでいる」のである。

 

「水危機」と「エネルギー危機」が目前に迫っている。この二つの「危機」だけでも「人類の生存基盤」の危機である。

 

一刻も早く、地球と人類にとって安全・安心な「自然エネルギー」「再生可能エネルギー」の開発が求められている。

10年、100年先の「危機管理」として、今から行動しなければ遅いことは明白だ。

 

「水」と「電力」を有効活用する「水循環小水力発電」の開発が、一つの「方向性」である。

 

「消費社会」から「循環社会」「持続可能社会」「自然共生社会」「エネルギー自立社会」へ向けての「意識改革」と「構造改革」が重要である。

 

日本の「水技術開発力」をもって、世界の「水危機」を解決するために貢献し「尊敬される日本」を目指したい。

 

 

 

「新しい水循環と小水力発電の開発に向けて」

 

by エヌ・ウォーター

 

 

勝手創千界への

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2013年

6月

09日

勝手創千界から世界へ

この世界が持つ多くの問題への解決は待っていては果たせない

より良き社会を目指して我が「勝手自由なる提案」を創り上げていく

そして「勝手創千界」の描く世界から解決に向けての一歩を踏み出す

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2013年

1月

01日

勝手にエネルギー論を構築する

人類の行く末は「エネルギー」を如何に獲得していくかである。

日本の社会も経済も「エネルギー問題」の解決抜きには語れない。

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2012年

10月

02日

新しいエネルギー開発に向けて

「水危機」と「エネルギー危機」が目前に迫っている。この二つの「危機」だけでも「人類の生存基盤」の危機である。 一刻も早く、地球と人類にとって安全・安心な「自然エネルギー」「再生可能エネルギー」の開発が求められている。

10年、100年先の「危機管理」として、今から行動しなければ遅いことは明白だ。

「消費社会」から「循環社会」「持続可能社会」「自然共生社会」「エネルギー自立社会」へ向けての「意識改革」と「構造改革」が重要である。

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2012年

7月

08日

新しい日本改造に向けて

国の言う「国民のための判断」が本当でないことが明らかにされているいま

国民の持つ価値観として、何が大事で何が大事でないかという判断や、ものごとの優先順位づけ、ものごとの重み付けの体系の価値判断から、3.11震災を契機にした「新しい価値観」と「国民全体の幸福度」についての「提言」が、いまこそ日本に必要である。

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2012年

6月

04日

勝手に発想法を研究する

差し迫る「少子高齢化の縮小社会への突入」「産業の空洞化」「エネルギー問題」「雇用問題」「財政問題」等々・・・日本社会が抱える問題は多岐に渡るが、政治や行政や官僚に「問題解決能力」の欠如が著しい。

さらに日本の技術を支える産業界や学界の「研究開発機関」においても「劣化」が進んでいる。

今こそ「フロンティア精神」と「新しい発想」が連動して「革新的なイノベーション技術」を生み出していくことが必要だ。

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2012年

5月

01日

自然エネルギーと共に生きる

日本の自立と未来を切り開くためには、日本の国土に適合した再生可能エネルギーの社会が必要であり、最先端の日本技術を結集して「世界に誇れる日本」を創っていかなければならない。

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2012年

4月

07日

勝手創千界から「尊敬される日本」へ

まず、現状のまま進行した100年後の日本の未来を想定し、その想定社会状況から、今必要な「方策」を考えてゆく視点が必要ではないかと思っています。新しい視点が必要です。

「勝手創千界」による「勝手な発想」が「脳内停止」状態の人々に「インパクト」を与えなくてはいけません。

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2012年

3月

11日

3.11震災から海上都市計画へ

3.11震災を契機として、日本という国家のもつ様々な問題点が明らかにされ、新しい国家像が求められている。たぶんこのままでは、さらに日本の解体状況は進んでいくだろう。ラブーン海上都市計画がひとつの方向性を提示できればと思う。

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2012年

2月

19日

勝手に復興計画 in 石巻を提案

3.11震災からの新しきまちづくりとして「勝手に復興計画 in 石巻」を発進いたします。

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2011年

12月

31日

ホームページ開設

3.11震災以降、如何にすれば「津波につよいまち」が可能なのか?考えてきました。

その「ひとつの答え」を提示できればと思います。実現に向けて多くの人の意見を求めています。

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