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東芝エネルギーシステムズ株式会社

製品・技術サービス

トップページ再生可能エネルギー > 製品・技術サービス > 水力発電

再生可能エネルギー水力発電

地形条件やニーズに合わせ高信頼・高性能な水力発電システムを提供します。

  • 状況に合わせたさまざまな水力発電技術・水力発電とは・ベース電源として・ピーク電源として可変速陽水式水力発電
  • 水力発電とは 水力発電は、、水が高い所から低いところに落ちるエネルギーを利用して発電します。
  • ベース電源として CO2の排出量が少ないことから、ベースロード電源としての有効な利用が世界的に見直されています。 水力発電は、地球の自然サイクルに組み込まれた、クリーンなエネルギー
  • 状況と用途に合わせさまざまな水力発電技術を提供します

水が高い所から低い所に落ちるエネルギーを利用して発電する「水力発電」。電気の使用量が比較的少ない時間帯に下池から上池に水をくみ上げ、電気の使用量が多い時間帯に上池から下池に水を落とすことによって発電する「揚水発電」。私たちは、これらの発電システム一式を作っています。
水力発電は環境汚染や地球温暖化の一因と言われているCO2の排出が非常に少ないため、その有効利用が世界的に見直されています。

地球環境にやさしい水力発電

再生可能エネルギー向けIoTソリューション

水力発電は、出力単位(kW)当たりのCO2の排出量が少ないほかに、次のような特徴があります。

  • ・水車も発電機も効率が非常に高い(最高効率点では総合約90%)

  • ・始動・停止時間が早い(始動から定格出力まで3~5分間)

  • ・急速な負荷変動に追随できる(1分間程度で無負荷から定格出力まで変えられる)

  • ・火力や原子力発電と比べて、設備が簡単で、運転・保守が容易である

  • ・運転費用が安い

水力は環境にやさしい自然エネルギー

水の持つエネルギーを使って発電する「水力発電」は、環境にやさしい再生可能エネルギーです。地球の自然サイクルに組み込まれクリーンなエネルギーを提供します。

環境にやさしい自然エネルギー

実績、技術で世界のトップレベルにある東芝の水力発電

地形的な条件から日本でもっとも普及している「フランシス水車」の分野においては、その発電効率で世界のトップレベルにあります。変動するピークロードに対応するための「揚水発電」の分野でも、高落差化・大容量化・可変速化のトレンドの中で、東芝は実績や技術レベルの面で、世界のトップクラスです。また、海外の水力発電プラントにおいては、水車や発電機など主要な機器を設計、製作し納入するのみではなく、発電所として必要な多くの機器を納入し、調達・据付から試験調整までトータルなエンジニアリングサービスを提供しています。

東芝の水力発電

水のエネルギーを機械エネルギーに変える水力発電の心臓部、水車

多様な型式で建設地点のさまざまな要件に対応する

水車の型式は、その要項(流量、落差)によりさまざまな種類と形状があります。水力発電所の建設地点(地形条件)により異なる多様な要項に対応した水車を提供します。水車の主な型式としては、揚水発電用のポンプ水車、水の落差エネルギーを圧力として利用するフランシス水車(中・高落差向け)、カプラン水車(低・中落差向け)やバルブ水車(低落差向け)、落差エネルギーをそのまま回転エネルギーとして利用するペルトン水車(高落差向け)などがあります。

水車ラインナップ

世界有数の研究所から生まれる世界最高レベルの水車技術

高効率、高性能で環境にやさしい水力発電システムを世界中に提供するため、東芝は、継続した開発や研究に取り組んでいます。東芝は、世界有数の水力研究所を有しており、実物水車をスケールダウンしたモデル水車を用いて、水車性能や流体現象の試験や研究を実施し、常に高性能な最先端技術の水車を提供しています。また、モデル試験とともに解析技術の向上にも取り組んでいます。

水車モデル試験装置

水車モデル試験装置

水車流れ解析事例

水車流れ解析事例

スプリッタ型ランナを世界に先駆けてポンプ水車に採用

長翼と短翼を交互に配置するスプリッタ型ランナを世界に先駆けてポンプ水車に採用することにより、発電並びに揚水運転効率や安定運転性能をさらに向上させています。

スプリッタ型ランナ模式図(フランシス水車の事例)
スプリッタ型ランナ模式図
(フランシス水車の事例)

水車が作る機械エネルギーを電気に変える発電機

あらゆるタイプを取り揃え、高信頼・高性能を世界へ提供

水車は発電所の落差などに応じて高速機、中速機、低速機、バルブ型に分類されますが、発電機も同様に構造が異なります。また、揚水発電所用の発電機は可逆回転式が一般的であり、発電電動機と呼ばれます。東芝はあらゆるタイプの高信頼、高性能の発電機および発電電動機を世界各国へ提供しており、120年以上の豊富な製造実績があります。

発電電動回転子(定速機用)

発電電動回転子(定速機用)

発電電動回転子(可変速機用)

発電電動回転子(可変速機用)

水力発電所の運転をつかさどる監視・制御装置

中小水力発電から大規模揚水発電まで、ニーズに適した機能を提供

中小水力発電から大規模揚水発電まで、ニーズに適した機能を提供

監視・制御装置は、水力発電所を運転するための中枢機器です。監視・制御装置は、日常の運転制御や監視を行うだけでなく、事故発生時に機器を保護する保護装置や事故情報を記録する記録装置、発電所と遠方制御所との伝送装置などから、構成されています。日本のほとんどの水力発電所は、遠方からの監視・制御により「無人」で運転されています。

一体形制御装置

主機制御、調速・励磁制御、伝送、保護リレーなどの機能をモジュール化した新しい一体形制御装置を開発しました。この一体形制御装置は、「省スペース・コストダウンの実現」、「現地工事・試験期間の短縮」、「監視操作の一体化」などの特長があり、主に中小水力発電所向に適用されています。

一体形制御装置

ポンプ水車の回転速度を変化させ、需給の微調整を可能にする可変速揚水発電システム

水車発電機の理想を実現した可変速発電機の仕組みを、世界で初めて揚水発電システムとして実用化

葛野川発電所

東芝は1990年に世界で初めて可変速揚水発電システム(東京電力 矢木沢発電所2号機向け)を実用化しました。これ以降、自動周波数調整機能(AFC: Automatic Frequency Control)やその他の高機能を有する可変速揚水発電システムの有効性が注目され、日本国内だけでなく海外でも建設・計画されています。

電力需給の調整力に長けた「可変速揚水発電システム」の特徴

可変速揚水発電システムは、回転速度を変化させることができることから、次のような特徴があります。

  • ・揚水発電時の自動周波数調整機能

  • ・運転時の高効率化、運転範囲拡大

  • ・電力系統安定度の向上

  • ・系統電圧維持機能

従来型揚水システム
可変速揚水システム

さまざまな環境にあわせて設置できる中小水力発電システム

標準ユニット機からオーダーメイド機まで、幅広い品揃え

水力発電の出力規模の分類

中小水力発電システムは、ダム、河川、工業用水、農業用水、上下水道施設などさまざまな環境に合わせて設置できます。
東芝の中小水力発電システムでは、5種類の標準ユニット機を取り揃えているほか、落差、流量に応じたオーダーメイド機で、お客様のニーズにあった最適なシステムをご提供します。

設置計画地に合わせてカスタム設計するオーダーメイド機

東芝は、高効率の中小水力機器をさまざまな種類にわたり設計・製造・据付が可能です。お客様の計画地点に合わせて、カスタム設計いたします。
水車は流量・落差によって形式が異なります。

※水車選定表の見方
横軸は流量、縦軸は落差を表します。また、斜めの線は、水車の出力を示します。

水車選定表

小型で簡素な構造の標準ユニット機 Hydro-eKIDS™

標準ユニット機

標準ユニット機Hydro-eKIDS™は、さまざまな設置地点の落差流量に対応できるよう5種類の標準ユニットから選定できます。

水力発電システムの導入効果をご確認ください

【発電出力計算式】
発電設備の出力は、次の式により求めることができます。

P=9.8×He×Q×ηWT×ηHG

  • P:出力(kW)

  • He:有効落差(m)

  • Q流量(m3/S)

  • ηWT:水車効率

  • ηHG:発電機効率

  • ・発電出力
    例)He=31.2m、Q=2m3/S、ηWT=0.88、ηHG=0.93の場合
    P=9.8×31.2×2×0.88×0.93≒500kW

発電出力 図

【導入効果例】
系統連系をする、500kWの水力発電システムの導入効果例を示しています。
年間約1億円の売電効果が見込まれます。

  • ・年間発生電力量
    例)P=500kW、設備稼働率=80%の場合
    500kW×24時間×365日×0.8(設備稼働率)≒3,504,000kWh

  • ・年間売電料金
    3,504,000kWh×29円/kWh≒1億円/年の売電

    ※2017年度の買い取り価格により算出

  • ・投資効果
    500kWの発電設備を導入した時の設備投資額を5億円とした場合、
    5億円÷1億/年≒5年で回収が可能となります。

    ※別途固定資産税等の諸経費がかかります。また、補助金制度については、自治体により異なりますので、各自治体にお問い合わせください。

【運用方法】

運用方法

※系統運用を行うには、電力会社との協議が必要となります。

【お問い合わせ項目】

お問い合わせの際は下記条件をお知らせください。

お問い合わせ項目
1.設置場所  
2.使用流用(m3/秒) (定格流用または、最大~最小流量)
3.落差(m) (有効落差又は静落差)
4.水利用形態 (河川水、工業用水、農業用水、上下水道水)
5.発生電力利用形態 (売電型、余剰売電型、所有負荷節約型、自己消費型)
6.使用電圧、周波数、相数 (電圧、周波数、相数)
7.工事の必要有無 (機器据付工事、管路工事、土木工事、電気工事等の必要有無)
8.その他  

ご計画での留意事項

  • 1. 一般河川、農業用水などを発電に利用する場合は、水利権の許可・取得が必要になります。

  • 2. 発電設備の設置に際しては、所轄官庁への手続きが必要になります。

  • 3. 発電設備を電力会社殿の配電線に接続する場合は、電力会社殿の許可・取り纏めが必要になります。

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