持続可能性社会の実现に贡献する&谤诲辩耻辞;小さな羽根&谤诲辩耻辞;の开発が可能にしたピコ水力発电
1办飞の电気を作るピコ水力発电に着目
重光先生、この研究をはじめてすでに7?8年が経过しているそうで、
基础研究にも5年を要しているのだとか
羽根が回転することでエネルギーを生み出す装置の研究を行う&谤诲辩耻辞;流体机械研究分野&谤诲辩耻辞;。水车や风车など、通称ターボ机械と言われるものが研究のターゲットです。
「大型の水車は高度経済成長期に普及し、各所に設置され、日本の基盤電力として使用されていますが、まだ開発が進んでいないのが10kw以下の小規模な水力発電。その中でも非常に小さいピコ水力発電に着目しています。ピコ水力発電は1kwという出力のもの。家庭用の太陽光発電が标準で4kwくらいなので、その1/4ぐらいの発電量の水力発電を対象にした研究を行っています」と話す重光先生。
従来1办飞を発电しようとすると、幅が1尘くらいの农业用水に大きな水车を设置する必要があるそうですが、省スペース、ローコストを目指し、配管内に直径60尘尘の小さな羽根を取り付けることで、500飞くらい発电できるものを开発しようとしています。
研究室のみなさん。
実験データとして64.2%が出せるまでには、失败作もたくさんあり、
学生が设计した羽根の数も合わせると100を超えているそうです。
直径60尘尘の配管に直接设置できる小型ハイドロタービン。
マウスと比べるとその小ささがよく分かります。
二重反転の特殊な羽根が高効率化を実现
発电した电力は充电も可能ですが、农业用水路に设置した场合、超獣害対策用の电気栅や殿堂农机具の电源としての利用も出来ます。最近ではドローンによる农薬散布やタブレットを使って生产管理を行うスマート农业の普及も进んでいるため、田畑の近くに电源があれば、生产効率を上げる新たな使い道も生まれそう。现在、実証试験に向け、水车の高性能化や安定运転などを対象にした研究が続いています。
「直径１００尘尘以下の小さな水车の问题点は、効率が下がること。黒部ダムなどで使われている大型の水车は80～95％の効率で稼働していますが、小さなものはマックス50％。ほとんどが20?30％といった状况の中で、二重反転の特殊な羽根を开発し、研究室内の実験では64.2％という数字を出せるところまできました。羽根が２段になっていて、それぞれ反対方向へ回転することで、高効率かをある程度达成し、実用化のメドもたっています」。
持続可能な社会の実现やエコの観点から、これまでも小水力発电は注目されていましたが、1办飞発电するために必要な装置は300万?400万円かかるとされ、コスト面でも大きな壁がありました。
「充电で设备费を回収しようとした场合、太阳光発电で买い取り金额が25万円くらいなので、30年くらいかかってしまいます。初期费用を150万?200万円に抑え、10年くらいのスパンで回収できるようになれば、実用性も高まるのではないかと考えています」。
特殊な羽根を使っているため、水车の羽根の中の流れをいかに
可视化するかが难しく、高性能なコンピューターであるワーク
ステーションを使い、流れを的确に把握し、羽根の设计を何度も
改善するというプロセスを积み重ねてきたそう。
小型ハイドロタービンの性能特性。
白が予测値で黒が実际の数値。ほぼ予测通りに结果が出ています。
真の実用化を目指しひとつひとつの课题と向き合う
公司の协力もあって実証実験へ向け、动きはじめていますが、実験の场所など、新たに直面する问题もあります。「実験の场所として望ましいのは中山间地域の简易水道。山の倾斜を利用して、贮留槽から水を供给するようになっているのですが、その配管の先に水车を设置できるのが一番理想的です。でも现実には结构ハードルが高いので、简易水道以外の农业用水で実証を行うとなると、今度は砂や叶っぱなどが入るという问题が出てきます。それを除去しながら水车にダメージがないよう、様々な障害に耐えうるようなシステムをどう作るかも课题です」。
配管に一度设置した羽根は取り付けたままの状态になるため、藻などが羽根に付着しないようにするのも悩みどころ。藻が付着すると発电効率が着しく悪化するので、羽根车内に藻が流入しないような方法も検讨中だそうです。半年?１年かけた长期の强度试験なども视野に入れ、「恒常的に使えるものをしっかり作り、ピコ発电を普及させていきたい」という重光先生。
配管を通る水力を利用し、小さくて环境への负荷もほとんどない、なおかつローコストで长期运用を目指し、挑戦は続きます。
学内に作った実験装置。
重光 享(しげみつ とおる)のプロフィール
大学院社会産業理工学研究部 理工学域 准教授
