水力発電システム
【課題】クリーンな電力を豊富に得ることができるとともに、発電電力の売買などを円滑に行える水力発電システムを提供する。
【解決手段】河川２の複数地点に、当該河川の水流により発電を行う複数台の水力発電機５を設置し、各水力発電機５が発電した電力を発電機に付設した制御機６から送電線４，７へ送電する。また、制御機６は各水力発電機５の発電電力と稼働状態のデータとを無線基地局８およびネットワーク９を通じて運営会社Ａのサーバ１０へ送信し、サーバ１０で複数台の水力発電機５を群管理する。
【解決手段】河川２の複数地点に、当該河川の水流により発電を行う複数台の水力発電機５を設置し、各水力発電機５が発電した電力を発電機に付設した制御機６から送電線４，７へ送電する。また、制御機６は各水力発電機５の発電電力と稼働状態のデータとを無線基地局８およびネットワーク９を通じて運営会社Ａのサーバ１０へ送信し、サーバ１０で複数台の水力発電機５を群管理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川の水流を利用して発電を行う水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水のエネルギーを利用した水力発電は、火力発電とは異なり二酸化炭素を排出しないクリーンな発電であり、地球の環境保全の点からも今後の積極的な活用が望まれる。現在でも、一級河川などでは、上流にダムを建設して水の落差を利用した水力発電が行われている。しかしながら、この場合は大規模なダムの建設を必要とし、国土の狭いわが国では新規にダムを建設するには限界がある。また、近年の環境意識の高まりや社会の要請から、最近では脱ダム化の傾向がみられ、ダムによる水力発電を従来の延長線上で考えることは難しくなってきている。また、二級以下の河川では、堰を造成して川の流れをせき止め、放流時の水力によって発電を行っている例もあるが、この場合でも、水量を確保するためには大掛かりな堰が必要となって工事費用が嵩むとともに、川の流れをせき止めることで生態系の保護、例えば魚の産卵のための遡上などが阻害されるという問題がある。こうしたことから、中小河川ではいまだに水のエネルギーの積極的な活用が図られていないのが実態である。一方、河川の自然な水流を利用して小型の水力発電機で発電を行っている例もあるが、発電した電力は周辺の公園や小規模施設などで個別に利用されるにとどまっている。以上のような理由により、わが国では水の資源が豊富であるにもかかわらず、水力発電のトータルな発電量が増加せず、飽和状態となっているのが現状である。
【０００３】
なお、河川の流水を利用した水力発電の先行技術としては、例えば下記の特許文献１、２がある。特許文献１では、河川の自然の流水により水力タービンを駆動し、これに連結した発電機を運転して発電を行うようにしている。また、特許文献２では、水に浮くフロート部材に水流で回転するプロペラを設け、プロペラの回転により発電機を駆動して発電を行うようにしている。これらの先行技術は、水の落差ではなく通常の流水を利用して発電を行う装置について開示しているが、発電した電力をトータルとしてどう管理するかについては言及していない。一方、超音波式センサを用いて河川の水位や流速から河川の状況を観測し、その結果を遠隔地の観測センタへ無線で通知するようにしたシステムが特許文献３に開示されている。しかしながら、本文献においても、流水を利用した発電電力の取り扱いや、トータルとしての管理に関しては全く開示されていない。
【特許文献１】特開平１０−２２７６号公報
【特許文献２】特開２００２−８１３６２号公報
【特許文献３】特開２００２−３６７０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来は工事費用や環境保護の問題から、河川の水のエネルギーを利用した発電は経済性が悪いものとなっており、これが水力発電設備の積極的な導入を阻害する要因となっていた。また、個々の拠点における発電設備を一元的に管理するシステムもなかったため、中小河川で細々とした発電を個別に行うだけでは、電力を効率的に生産したり販売したりする上で限界があった。これらのことから、河川の水流によりクリーンなエネルギーが簡便に得られるにもかかわらず、これを水力発電に効率よく生かすことができず、地球の環境保護を推進する上で大きな無駄となっていた。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであって、その目的とするところは、クリーンな電力を豊富に得ることができるとともに、発電電力の売買などを円滑に行える水力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る水力発電システムは、河川に設置された水力発電設備を利用して発電を行うシステムであって、河川の複数地点に設けられ、当該河川の水流により発電を行う複数台の水力発電機と、各水力発電機が発電した電力を電力会社または需要家に送電する送電手段と、各水力発電機の発電電力のデータを通信ネットワークを通じて収集し、複数台の水力発電機を群管理する管理装置とを備えている。
【０００７】
本発明では、河川の水流を利用して発電を行うので、ダムのような大規模な発電設備は不要であり、小規模な設備で発電が可能となる。また水力発電であることから、二酸化炭素を排出しないクリーンな電気エネルギーが得られる。しかも、河川の複数地点に水力発電機を設置し、それぞれの発電機で発電した電力を合算して送電するので、トータルとしての発電量が増大し、十分な電力を供給することができる。また、各地点の水力発電機の発電データを管理装置が収集して、複数台の水力発電機を群として管理するので、個々の発電機の発電量だけでなく、トータルの発電量を把握して一元管理することができ、これに基づいて電力の販売（売電）を円滑に行うことができる。
【０００８】
本発明の実施形態においては、無線基地局と制御機とが設けられる。無線基地局は、前述の通信ネットワークに接続される。制御機は、無線基地局の通信エリア内にある複数台の水力発電機のそれぞれ又は所定数の発電機に対して付設され、対応する水力発電機の発電電力および稼働状態に関するデータを当該発電機に固有の識別番号とともに所定のタイミングで無線基地局に無線送信するための通信手段が設けられる。そして、前述の管理装置は、上記通信エリア内にある個々の水力発電機の発電電力および稼働状態を上記識別番号に基づいて管理するとともに、各水力発電機の発電電力を合計した総発電量を管理する。これによると、通信エリア内にある複数台の水力発電機を１つの群として管理することができるとともに、制御機から基地局へは、発電電力のデータに加え、稼働状態のデータも送信されるので、管理装置では各水力発電機の稼働状態を把握し、異常時などに適切な対応をとることが可能となる。
【０００９】
本発明では、無線基地局を、水力発電機が発電した電力を送電するための送電柱に配備してもよい。これにより、基地局をわざわざ設置しなくても、既存の設備を利用して基地局を設けることができ、設備費用を抑制できる利点がある。特に、過疎地や河川沿いでは、ビルのような高い建物が少なく、電波の受信状態が良好なため、送電柱に基地局を配備することで支障なく通信を行うことができる。
【００１０】
また、本発明では、管理装置が異常事態の発生を判定した時に、該当する制御機に対して水力発電機の稼働の停止を指示する指示信号を送信し、異常事態の復旧を判定した時に、制御機に対して水力発電機の稼働の再開を指示する指示信号を送信するようにし、制御機が管理装置からの指示信号に基づいて水力発電機の稼働の停止または再開を制御するようにしてもよい。このようにすれば、異常事態の発生時に携帯電話機等から管理装置へ通報を行うと、管理装置が該当する水力発電機の稼働を停止させ、復旧後に携帯電話機等から管理装置へ通報を行うと、管理装置が該当する水力発電機の稼働を再開するといった遠隔制御が可能となり、異常時にすみやかな対応を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、河川の複数地点に水力発電機を設置し、複数台の発電機の発電電力を群管理するようにしたので、発電量を増大させてクリーンな電力を豊富に得ることができ、ひいては地球の環境保全に大きく貢献することができる。また、発電した電力を一元管理することで、電力売買などを円滑に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る水力発電システムの一例を示した図である。図１において、１は山、２は山中の湖などから流れ出て海にそそぐ河川であって、この河川２は例えば二級河川のような中小河川である。３は河川２に沿って立設された送電柱、４は送電柱３に支持された送電線である。５は河川２の水力発電設備を構成する水力発電機であって、河川２の水流により発電を行うものである。各水力発電機５は、出力が約１０ＫＷ程度のマイクロ発電機から構成される。この水力発電機５の詳細については後述する。６は本発明における送電手段を構成する制御機であって、水力発電機５が発電した電力を逆潮流電力として送電する機能のほか、発電電力および稼働状態（故障や異常の有無等）に関するデータを送信する機能を備えている。この制御機６の詳細については後述する。７は各水力発電機５が発電した電力を中継所（図示省略）を介して電力会社等へ送電する送電線、８は制御機６からの送信データを受信する無線基地局である。無線基地局８は、通信ネットワーク（以下、単に「ネットワーク」と記す）９に接続されている。ネットワーク９は典型的にはインターネットで構成されるが、必ずしもこれに限定する必要はなく、例えば専用回線で構成されるものであってもよい。
【００１３】
ネットワーク９には、本システムを運営する運営会社Ａのサーバ１０、電力会社Ｂのサーバ１１、および需要家Ｃのサーバ１２が接続されている。運営会社Ａは、水力発電機５や制御機６などの発電プラントを設置して、水力発電機５で発電した電力を電力会社Ｂや需要家Ｃへ販売する事業主体である。運営会社Ａのサーバ１０は、本発明における管理装置を構成する。このサーバ１０で管理するデータについては後述する。電力会社Ｂは、自己の発電所（図示省略）で発電を行うとともに、水力発電機５で発電された電力を運営会社Ａから買い取り、これらの電力を当該地域の需要家に供給する事業を行う。サーバ１１には、電力の売買データなどが格納されている。需要家Ｃは、例えば企業であって、電力会社Ｂから電力の供給を受け、また場合によっては水力発電機５で発電された電力を運営会社Ａから直接購入する。サーバ１２には電力の売買データなどが格納されている。なお、これらのサーバ１０，１１，１２以外に、例えば電子取引市場（インターネットのウエブサイト上に開設された電子商取引のための仮想市場）のサーバ等が接続されていてもよい。１３は無線基地局８との間で送受信が可能な通信エリアであって、例えば無線基地局８を中心とする半径３キロメートルのエリアとなっている。１４はこのエリア１３内にある地域住民の家屋である。
【００１４】
以上のシステムにおいて、水力発電機５は、河川２の流域における通信エリア１３内の複数地点に設けられており、各水力発電機５の近傍に送電柱３がそれぞれ設けられている。また、制御機６は各水力発電機５に付設されており、水力発電機５と制御機６、および制御機６と送電線４とはぞれぞれ電気的に接続されている。水力発電機５は河川２の水流により発電を行い、発電された電力は、制御機６から送電線４を介して送電線７へ送られる。一方、各水力発電機５に付設された制御機６は、それぞれの水力発電機５の発電電力および稼働状態に関するデータを、当該発電機に固有の識別番号とともに所定のタイミングで無線基地局８に無線送信する。無線基地局８へ送信されたデータは、ネットワーク９を介して運営会社Ａのサーバ１０に送られ、サーバ１０は通信エリア１３内にある個々の水力発電機５の発電電力および稼働状態を識別番号に基づいて管理するとともに、各水力発電機５の発電電力を合計した総発電量を管理する。電力会社Ｂや需要家Ｃは、ネットワーク９を通じて運営会社Ａへ電力購入を申し込み、運営会社Ａは水力発電機５が発電した総発電電力のうち、必要な電力を送電線７を通じて電力会社Ｂや需要家Ｃに販売する。
【００１５】
このようにして、上記水力発電システムでは、河川２の水流を利用して発電を行うので、ダムのような大規模な発電設備は不要であり、小規模な設備で発電が可能となる。また水力発電であることから、二酸化炭素を排出しないクリーンな電力が得られる。さらに、河川２の複数地点に水力発電機５を設置し、それぞれの発電機５で発電した電力を合算して送電するので、発電量を増大させて十分な電力を供給することができる。また、各地点の水力発電機５の発電データをサーバ１０が収集して、通信エリア１３内にある複数台の水力発電機５を群として管理するので、個々の発電機５の発電量だけでなく、トータルの発電量を把握して一元管理することができ、これに基づいて電力の販売（売電）を円滑に行うことができる。さらに、制御機６から基地局８へは、発電電力のデータに加えて、水力発電機５の稼働状態のデータも送信されるので、サーバ１０では各水力発電機５の稼働状態を把握し、異常時などに適切な対応をとることが可能となる。
【００１６】
図２は、水力発電機５の一例を示した概略構造図である。５１は両端側が開口した鼓形のハウジングであって、上流側の開口部には砂や漂流物などが侵入するのを防ぐためのフィルタ５２が設けられている。５３は発電機のロータ、５４はロータ５３を収納したケースである。５５はプロペラであって、シャフト５６の先端側に設けられている。５７はロータ５３の回転軸とシャフト５６とを結合するカップリング部材である。
【００１７】
以上の構成からなる水力発電機５は、図３のように河川２の水中に設置される。図３は河川２の断面を示した図であり、水力発電機５は固定具４１により基台４２に固定されており、基台４２の脚部４３は川床２ａに埋入して堅牢に固定されている。
【００１８】
図２において、上流から下流へ向かう水流（矢印で示す）によりプロペラ５５が回転すると、プロペラ５５の回転はシャフト５６およびカップリング部材５７を介してロータ５３に伝達され、ロータ５３の回転により水力発電機５は発電を行う。前述したように、水力発電機５は出力が１０ＫＷ程度のマイクロ発電機であり、小型で設置スペースをとらないことから、中小河川における小規模発電に適したものとなっている。水力発電機５から出力される電圧は、例えば４００〜６００Ｖ程度の直流である。なお、本実施形態では、水力発電機５は直流発電機であるが、交流発電機であってもよい。水力発電機５で発電された電力は、図３で示したようにケーブル４４を介して制御機６へ送られ、制御機６からさらにケーブル４５を介して送電柱３に設けられた接続ボックス３０へ送られる。なお、ケーブル４４、４５は地中配管内に収納されている。
【００１９】
図４は、水力発電機５の発電電力を売電のために送電する送電系統を示した図である。このときの送電方向は電力会社側へ向かう方向となるため、水力発電機５の発電電力は逆潮流電力として送電される。水力発電機５から出力される直流電圧はケーブル４４を介して制御機６へ与えられる。制御機６は、水力発電機５からの直流を交流に変換するとともに所定の電圧まで昇圧する。また、制御機６は、水力発電機５の発電電力を逆潮流電力として送電するために、周波数や位相を調整するなど所定の制御を行う。
【００２０】
制御機６から出力される交流電圧は、ケーブル４５を介して接続ボックス３０に送られる。ケーブル４５の端部にはコネクタ（図示省略）が設けられており、このコネクタを接続ボックス３０の接続部（図示省略）に装着することにより、制御機６は接続ボックス３０と電気的に接続され、さらには送電線４と電気的に接続される。この結果、水力発電機５が発電した電力を、制御機６から接続ボックス３０を介して送電線４に乗せて送電することができる。また、図３で示したように、制御機６は無線通信を行うアンテナ６ａを備えており、このアンテナ６ａを介して、水力発電機５の発電電力と稼働状態に関するデータを無線基地局８へ送信する。なお、接続ボックス３０には、売電用の取引計器となる積算電力計３２が内蔵されている。この積算電力計３２は、接続ボックス３０の外部に独立して設けてもよい。
【００２１】
図５は、制御機６の電気的構成の一例を示したブロック図である。２０は水力発電機５が発電した電力を逆潮流電力として送電線４へ乗せるために所定の制御を行なう電力制御部であって、水力発電機５からの直流電圧を交流電圧に変換するコンバータ２０ａ、電圧のレベルを制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路２０ｂ、逆潮流電力の周波数を調整する周波数制御回路２０ｃ、逆潮流電力の位相を調整する位相制御回路２０ｄを備えている。２１は無線送受信部であって、アンテナ６ａを介して無線基地局８との間でデータの送受信を行う。無線送受信部２１とアンテナ６ａとにより、本発明の通信手段が構成される。２２は制御機６の動作を制御する制御手段としてのＣＰＵ、２３はＣＰＵ２２の動作プログラム等を格納したＲＯＭや送受信データ等を一時的に格納するＲＡＭにより構成される記憶部である。２４は水力発電機５の停止や起動を制御する発電機制御部、２５は制御機６の各部へ電源を供給するためのバッテリからなる電源部、２６は水力発電機５の異常状態を検出するために発電機５に付設されたセンサである。２７と２８は、それぞれ図４で示したケーブル４４，４５が接続される端子である。
【００２２】
図６は、無線送受信部２１から無線基地局８へ送信されるデータの一例を示した図である。（ａ）は通常時に送信されるデータであって、発電機ＩＤ番号Ｘ１、送信時刻Ｘ２、機器異常有無Ｘ３、積算電力値Ｘ４などを含んでいる。発電機ＩＤ番号Ｘ１は、水力発電機５のそれぞれに割り当てられた発電機固有の識別番号である。送信時刻Ｘ２は、データを送信する時刻を表したタイムスタンプである。機器異常有無Ｘ３は、水力発電機５の状態が異常でないかどうかを表すフラグであって、前述のセンサ２６の検知出力に基づいて設定される。積算電力値Ｘ４は、水力発電機５が発電した電力量を表すデータである。一方、（ｂ）は水力発電機５の異常時に送信されるデータであって、発電機ＩＤ番号Ｙ１、送信時刻Ｙ２、機器異常有無Ｙ３、異常コードＹ４、積算電力値Ｙ５などを含んでいる。発電機ＩＤ番号Ｙ１、送信時刻Ｙ２、機器異常有無Ｙ３、積算電力値Ｙ５については、それぞれ（ａ）のＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４と同じである。異常コードＹ４は、異常の種別を表すコードであって、例えば、水力発電機５のフィルタ５２（図２）に詰りが生じている場合は、フィルタ詰りに相当するコードが設定される。
【００２３】
図７は、運営会社Ａのサーバ１０（図１）に設けられた群管理ファイルの一例を示した図である。群管理ファイル１０ａには、発電機ＩＤ番号ごとに管理データが記録されている。管理データは、ネットワーク９を通じて収集した各水力発電機５の発電電力および稼働状態に関するデータである。発電電力のデータとしては、受信発電量Ｚ１と累計発電量Ｚ２が記録される。受信発電量Ｚ１は、制御機６から送信されてきた発電量のデータであり、図６の積算電力値Ｘ４、Ｙ５がこれに相当する。累計発電量Ｚ２は、受信発電量Ｚ１を日単位、月単位、年単位で累計した値である。一方、稼働状態のデータとしては、稼働率Ｚ３と故障データＺ４が記録される。稼働率Ｚ３は、水力発電機５の故障停止期間を除いた実質運転時間の比率を表した指標である。故障データＺ４は、水力発電機５の故障の種別や故障期間などを表すデータである。また、群管理ファイル１０ａには、上述した個々の発電機のデータに加え、総発電量Ｚ５と平均稼働率Ｚ６が記録される。総発電量Ｚ５は、各水力発電機５の累計発電量Ｚ２を合計したものであり、平均稼働率Ｚ６は、各水力発電機５の稼働率Ｚ３を平均したものである。
【００２４】
なお、図示は省略するが、サーバ１０は、ＣＰＵ、メモリ、通信部、入力装置、ディスプレイ、外部記憶装置、電源部などからなる公知の構成を備えている。
【００２５】
図８は、制御機６およびサーバ１０の動作を示したフローチャートである。それぞれの手順は、制御機６とサーバ１０に備わる各ＣＰＵにより実行される。制御機６では、ＣＰＵ２２が水力発電機５の稼働有無を常時監視しており（ステップＳ１）、例えば一定時間以上連続して発電電力が発生しないような場合は、水力発電機５が稼働していないと判定して（ステップＳ２：ＮＯ）、保守部門のコンピュータへ異常を通知する。水力発電機５が稼働中であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、次に、サーバ１０からデータ送信要求のコマンドを受信するのを待ち（ステップＳ３）、コマンドを受信すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、水力発電機５の発電電力および稼働状態のデータ（以下、「ログデータ」と記す）を図６に示したように編集して（ステップＳ４）、編集したログデータを無線送受信部２１およびアンテナ６ａから無線基地局８を介してサーバ１０へ送信する（ステップＳ５）。その後、ステップＳ１へ戻って上述した手順を繰り返す。
【００２６】
一方、サーバ１０では、制御機６とポーリング通信を行い、一定時間間隔で水力発電機５のデータを自動的に収集するようになっている。このため、現在時刻を監視してデータ収集時刻に至ったか否かを判定し（ステップＳ１１）、データ収集時刻になると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御機６に対して前述のデータ送信要求コマンドを送信する（ステップＳ１２）。その後、制御機６からログデータが送信されてくるのを待ち（ステップＳ１３）、ログデータを受信すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、受信したデータを分析する（ステップＳ１４）。分析の結果、ログデータに異常がなければ（ステップＳ１５：ＮＯ）、累計発電量Ｚ２を計算し（ステップＳ１７）、稼働率Ｚ３を計算して（ステップＳ１８）、図７の群管理ファイル１０ａの各データ欄を更新する（ステップＳ１９）。一方、ログデータに異常を示す情報（図６（ｂ）のＹ３、Ｙ４）が含まれている場合は（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、保守部門のコンピュータへ異常を通知した後（ステップＳ１６）、ステップＳ１７〜ステップＳ１９を実行する。ステップＳ１９を実行した後は、ステップＳ１１へ戻って上述した手順を繰り返す。なお、ここでは、サーバ１０から制御機６に対してデータ送信要求コマンドを送り、制御機６がこれを受信することによりログデータをサーバ１０へ送信する例を挙げたが、制御機６から定期的にサーバ１０へログデータを送信するようにしてもよい。
【００２７】
図９は、異常事態が発生した時に、サーバ１０からの遠隔指令により発電機の稼働を制御する手順を示している。例えば、台風や大雨などにより河川２が増水して水力発電機５が流失しかかっているようなときは、発電を続けたまま復旧作業を行うことは危険であるので、水力発電機５を非稼働状態にする必要が生じる。このような場合、保守員は、携帯電話機などの端末装置（図示省略）を用い、稼働停止が必要な水力発電機５の発電機ＩＤ番号やパスワード等を入力して、サーバ１０へ異常事態の発生を通知する（ステップＳ２１）。端末装置から送信された通知信号は、無線基地局８からネットワーク９を通じてサーバ１０で受信される。サーバ１０では、この通知を受けると異常事態が発生したと判定し、ネットワーク９から無線基地局８を通じて、該当する水力発電機５に付設された制御機６へ、当該発電機の稼働の停止を指示する信号を送信する（ステップＳ２２）。制御機６では、この指示信号がアンテナ６ａを介して無線送受信部２１で受信されると、ＣＰＵ２２が発電制御部２４に指令を与え、発電制御部２４から稼働停止信号が出力される。この信号により、水力発電機５は電気的もしくは機械的に稼働が停止され、発電電力を出力しない状態となる（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２２において、サーバ１０が稼働停止指示信号を送信するのと並行して、サーバ１０から保守部門へ作業指示を通知するようにしてもよい。
【００２８】
その後、現場において保守員や作業員による復旧作業が行われ（ステップＳ２４）、復旧が完了すると（ステップＳ２５）、保守員は再び携帯電話機などの端末装置を用い、稼働再開が必要な水力発電機５の発電機ＩＤ番号やパスワード等を入力して、サーバ１０へ発電機の再稼働を要求する（ステップＳ２６）。端末装置から送信された通知信号は、無線基地局８からネットワーク９を通じてサーバ１０で受信される。サーバ１０では、この通知を受けると異常事態が復旧したと判定し、ネットワーク９から無線基地局８を通じて、該当する水力発電機５に付設された制御機６へ、当該発電機の稼働の再開を指示する信号を送信する（ステップＳ２７）。制御機６では、この指示信号がアンテナ６ａを介して無線送受信部２１で受信されると、ＣＰＵ２２が発電制御部２４に指令を与え、発電制御部２４から稼働再開信号が出力される。この信号により、水力発電機５は再起動され、発電電力を出力する状態となる（ステップＳ２８）。
【００２９】
以上のように、異常事態の発生時および復旧時に、携帯電話機等から基地局８を経由してサーバ１０へアクセスすることで、サーバ１０の遠隔制御によって水力発電機５の稼働の停止・再開を行うことが可能となり、異常時にすみやかな対応を行うことができる。
【００３０】
図１０および図１１は、サーバ１０による群管理の他の実施形態を説明する模式図である。図１の水力発電システムでは、通信エリア１３の範囲内にある複数台の水力発電機５を１つの群として、サーバ１０で管理する例を示したが、図１０に示したように、河川２に複数のポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…を設定し、各ポイントごとに例えば１０台の水力発電機を設置して、基地局８ａの通信エリア１３ａ内にある１ポイントを１つの群として管理するようにしてもよい。図１０の例では、無線通信エリア１３ａ内に７つのポイントがあり、サーバ１０は７つの群（７０台の水力発電機）を管理することになる。
【００３１】
また、図１１のように、管理レベルをさらに多層としてもよい。図１１の例では、「ユニット」という管理レベルが設けられている。ユニットは、河川単位の管理レベルであって、ユニット１は○○川、ユニット２は△△川、ユニット３は××川、というように決められている。各ユニットの下位には、上述した「ポイント」という管理レベルが設けられている。ポイントは、河川のエリア単位の管理レベルであって、例えばポイント１は△△川の上流の××地区、ポイント２は△△川の上流の○○地区、ポイント３は△△川の中流の□□地区、というように決められている。各ポイントの下位には、個々の水力発電機が属しており、これは機器単位の管理レベルであって、前述した発電機ＩＤ番号により管理される。サーバ１０は最上位にあって、各河川を総括する全体の管理レベルを構成している。
【００３２】
図１２は、図１１の管理体系を採用した場合のサーバ１０における群管理ファイル１０ｂの一例である。群管理ファイル１０ｂには、全体のデータＧ１、ユニット（河川）ごとのユニットデータＧ２、ポイント（エリア）ごとのポイントデータＧ３、発電機ごとの機器データＧ４が記録されており、それぞれのデータは、累計発電量と稼働率とを含んでいる。累計発電量と稼働率は、日単位、月単位、年単位等で記録される。全体のデータＧ１は、ユニットデータＧ２を全ユニットにわたって集計したものであり、ユニットデータＧ２は当該ユニットに属するポイントデータＧ３を全ポイントにわたって集計したものであり、ポイントデータＧ３は当該ポイントに属する個々の発電機の機器データＧ４を集計したものである。
【００３３】
ここで、１ポイントに１０台ずつ水力発電機５を設置し、１０ポイントを１ユニットとして、ユニット数を１０００とした場合、１台の水力発電機５が発電する電力を平均１０ＫＷと仮定すると、１ポイントの発電量は１００ＫＷ、１ユニットの発電量は１０００ＫＷとなり、１０００ユニットでは１００万ＫＷの電力がクリーンなエネルギーとして得られる。これは、原子力発電所ほぼ１基分の発電エネルギーに匹敵し、本発明の水力発電システムは、地球環境を維持しながら大量のクリーン電力を生産できる点できわめて意義が大きい。
【００３４】
図１３および図１４は、本発明の他の実施形態を説明する図である。図１の場合は、無線基地局８を独立して設置したが、図１３のように無線基地局を送電柱３に配備することもできる。図１３において、３は送電柱、４は送電線、３０は接続ボックス、４５はケーブルであって、これらは図１や図４で示したものと同じものである。６１は柱上トランスであって、送電柱３に設けられた支持板６４に支持されている。６２は無指向性のアンテナであって、送電柱３に設けられた支持板６５に支持されている。６３は無線ＬＡＮボックスであって、送電柱３に設けられた支持板６６に支持されている。４６は無線ＬＡＮボックス６３をネットワークに接続するためのＬＡＮケーブル、４７は柱上トランス６１と接続ボックス３０とを電気的に接続するためのケーブル、６７は接続ボックス３０を支持する支持板である。以上の構成において、アンテナ６２と無線ＬＡＮボックス６３とによって、無線基地局が構成される。
【００３５】
図１４は、無線ＬＡＮボックス６３の電気的構成を示したブロック図である。６２は上述したアンテナ、７１は雷から回路を保護するための避雷器、７２はモデムや制御回路等を内蔵した無線ＬＡＮ装置、７３は無線ＬＡＮ装置７２を作動させるための直流電源、７４は直流電源７３へ交流電圧を供給するためのコンセントボックス、４６は上述したＬＡＮケーブルである。各制御機６から送信された水力発電機５の電力データ等は、アンテナ６２で受信され、無線ＬＡＮ装置７２からＬＡＮケーブル４６およびネットワーク９を介して、サーバ１０に送信され、図１の場合と同様の手順で処理が行われる。
【００３６】
このように、無線基地局を送電柱３に配備することにより、基地局をわざわざ設置しなくても、既存の設備を利用して基地局を設けることができ、設備費用を抑制することができる。特に、過疎地や河川沿いでは、ビルのような高い建物が少なく、電波の受信状態が良好なため、送電柱３に基地局を配備することで支障なく通信を行うことができる。
【００３７】
なお、以上においては、中小河川に水力発電機５を設置する例を挙げたが、本発明は、一級河川のような大型河川に水力発電機５を設置して発電を行う場合にも適用が可能である。
【００３８】
また、図１の実施形態では、複数の水力発電機５のそれぞれに制御機６を付設した例を挙げたが、所定数（例えば３台）の水力発電機５に対して１台の制御機６を付設し、この１台の制御機６で複数の水力発電機５を管轄するようにしてもよい。このようにすれば、制御機６の台数を減らしてコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る水力発電システムの一例を示した図である。
【図２】水力発電機の一例を示した概略構造図である。
【図３】河川の断面を示した図である。
【図４】送電系統を示した図である。
【図５】制御機の電気的構成を示したブロック図である。
【図６】無線基地局へ送信されるデータの一例を示した図である。
【図７】群管理ファイルの一例を示した図である。
【図８】制御機およびサーバの動作を示したフローチャートである。
【図９】異常事態発生時の発電機の稼働制御の手順を示したフローチャートである。
【図１０】群管理の他の実施形態を説明する模式図である。
【図１１】群管理の他の実施形態を説明する模式図である。
【図１２】群管理ファイルの他の例を示した図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図１４】無線ＬＡＮボックスの電気的構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
２ 河川
３ 送電柱
４，７ 送電線
５ 水力発電機
６ 制御機
６ａ アンテナ
８，８ａ 無線基地局
９ 通信ネットワーク
１０ サーバ
１０ａ，１０ｂ 群管理ファイル
１３，１３ａ 通信エリア
２１ 無線送受信部
６２ アンテナ
６３ 無線ＬＡＮボックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川の水流を利用して発電を行う水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水のエネルギーを利用した水力発電は、火力発電とは異なり二酸化炭素を排出しないクリーンな発電であり、地球の環境保全の点からも今後の積極的な活用が望まれる。現在でも、一級河川などでは、上流にダムを建設して水の落差を利用した水力発電が行われている。しかしながら、この場合は大規模なダムの建設を必要とし、国土の狭いわが国では新規にダムを建設するには限界がある。また、近年の環境意識の高まりや社会の要請から、最近では脱ダム化の傾向がみられ、ダムによる水力発電を従来の延長線上で考えることは難しくなってきている。また、二級以下の河川では、堰を造成して川の流れをせき止め、放流時の水力によって発電を行っている例もあるが、この場合でも、水量を確保するためには大掛かりな堰が必要となって工事費用が嵩むとともに、川の流れをせき止めることで生態系の保護、例えば魚の産卵のための遡上などが阻害されるという問題がある。こうしたことから、中小河川ではいまだに水のエネルギーの積極的な活用が図られていないのが実態である。一方、河川の自然な水流を利用して小型の水力発電機で発電を行っている例もあるが、発電した電力は周辺の公園や小規模施設などで個別に利用されるにとどまっている。以上のような理由により、わが国では水の資源が豊富であるにもかかわらず、水力発電のトータルな発電量が増加せず、飽和状態となっているのが現状である。
【０００３】
なお、河川の流水を利用した水力発電の先行技術としては、例えば下記の特許文献１、２がある。特許文献１では、河川の自然の流水により水力タービンを駆動し、これに連結した発電機を運転して発電を行うようにしている。また、特許文献２では、水に浮くフロート部材に水流で回転するプロペラを設け、プロペラの回転により発電機を駆動して発電を行うようにしている。これらの先行技術は、水の落差ではなく通常の流水を利用して発電を行う装置について開示しているが、発電した電力をトータルとしてどう管理するかについては言及していない。一方、超音波式センサを用いて河川の水位や流速から河川の状況を観測し、その結果を遠隔地の観測センタへ無線で通知するようにしたシステムが特許文献３に開示されている。しかしながら、本文献においても、流水を利用した発電電力の取り扱いや、トータルとしての管理に関しては全く開示されていない。
【特許文献１】特開平１０−２２７６号公報
【特許文献２】特開２００２−８１３６２号公報
【特許文献３】特開２００２−３６７０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来は工事費用や環境保護の問題から、河川の水のエネルギーを利用した発電は経済性が悪いものとなっており、これが水力発電設備の積極的な導入を阻害する要因となっていた。また、個々の拠点における発電設備を一元的に管理するシステムもなかったため、中小河川で細々とした発電を個別に行うだけでは、電力を効率的に生産したり販売したりする上で限界があった。これらのことから、河川の水流によりクリーンなエネルギーが簡便に得られるにもかかわらず、これを水力発電に効率よく生かすことができず、地球の環境保護を推進する上で大きな無駄となっていた。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであって、その目的とするところは、クリーンな電力を豊富に得ることができるとともに、発電電力の売買などを円滑に行える水力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る水力発電システムは、河川に設置された水力発電設備を利用して発電を行うシステムであって、河川の複数地点に設けられ、当該河川の水流により発電を行う複数台の水力発電機と、各水力発電機が発電した電力を電力会社または需要家に送電する送電手段と、各水力発電機の発電電力のデータを通信ネットワークを通じて収集し、複数台の水力発電機を群管理する管理装置とを備えている。
【０００７】
本発明では、河川の水流を利用して発電を行うので、ダムのような大規模な発電設備は不要であり、小規模な設備で発電が可能となる。また水力発電であることから、二酸化炭素を排出しないクリーンな電気エネルギーが得られる。しかも、河川の複数地点に水力発電機を設置し、それぞれの発電機で発電した電力を合算して送電するので、トータルとしての発電量が増大し、十分な電力を供給することができる。また、各地点の水力発電機の発電データを管理装置が収集して、複数台の水力発電機を群として管理するので、個々の発電機の発電量だけでなく、トータルの発電量を把握して一元管理することができ、これに基づいて電力の販売（売電）を円滑に行うことができる。
【０００８】
本発明の実施形態においては、無線基地局と制御機とが設けられる。無線基地局は、前述の通信ネットワークに接続される。制御機は、無線基地局の通信エリア内にある複数台の水力発電機のそれぞれ又は所定数の発電機に対して付設され、対応する水力発電機の発電電力および稼働状態に関するデータを当該発電機に固有の識別番号とともに所定のタイミングで無線基地局に無線送信するための通信手段が設けられる。そして、前述の管理装置は、上記通信エリア内にある個々の水力発電機の発電電力および稼働状態を上記識別番号に基づいて管理するとともに、各水力発電機の発電電力を合計した総発電量を管理する。これによると、通信エリア内にある複数台の水力発電機を１つの群として管理することができるとともに、制御機から基地局へは、発電電力のデータに加え、稼働状態のデータも送信されるので、管理装置では各水力発電機の稼働状態を把握し、異常時などに適切な対応をとることが可能となる。
【０００９】
本発明では、無線基地局を、水力発電機が発電した電力を送電するための送電柱に配備してもよい。これにより、基地局をわざわざ設置しなくても、既存の設備を利用して基地局を設けることができ、設備費用を抑制できる利点がある。特に、過疎地や河川沿いでは、ビルのような高い建物が少なく、電波の受信状態が良好なため、送電柱に基地局を配備することで支障なく通信を行うことができる。
【００１０】
また、本発明では、管理装置が異常事態の発生を判定した時に、該当する制御機に対して水力発電機の稼働の停止を指示する指示信号を送信し、異常事態の復旧を判定した時に、制御機に対して水力発電機の稼働の再開を指示する指示信号を送信するようにし、制御機が管理装置からの指示信号に基づいて水力発電機の稼働の停止または再開を制御するようにしてもよい。このようにすれば、異常事態の発生時に携帯電話機等から管理装置へ通報を行うと、管理装置が該当する水力発電機の稼働を停止させ、復旧後に携帯電話機等から管理装置へ通報を行うと、管理装置が該当する水力発電機の稼働を再開するといった遠隔制御が可能となり、異常時にすみやかな対応を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、河川の複数地点に水力発電機を設置し、複数台の発電機の発電電力を群管理するようにしたので、発電量を増大させてクリーンな電力を豊富に得ることができ、ひいては地球の環境保全に大きく貢献することができる。また、発電した電力を一元管理することで、電力売買などを円滑に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る水力発電システムの一例を示した図である。図１において、１は山、２は山中の湖などから流れ出て海にそそぐ河川であって、この河川２は例えば二級河川のような中小河川である。３は河川２に沿って立設された送電柱、４は送電柱３に支持された送電線である。５は河川２の水力発電設備を構成する水力発電機であって、河川２の水流により発電を行うものである。各水力発電機５は、出力が約１０ＫＷ程度のマイクロ発電機から構成される。この水力発電機５の詳細については後述する。６は本発明における送電手段を構成する制御機であって、水力発電機５が発電した電力を逆潮流電力として送電する機能のほか、発電電力および稼働状態（故障や異常の有無等）に関するデータを送信する機能を備えている。この制御機６の詳細については後述する。７は各水力発電機５が発電した電力を中継所（図示省略）を介して電力会社等へ送電する送電線、８は制御機６からの送信データを受信する無線基地局である。無線基地局８は、通信ネットワーク（以下、単に「ネットワーク」と記す）９に接続されている。ネットワーク９は典型的にはインターネットで構成されるが、必ずしもこれに限定する必要はなく、例えば専用回線で構成されるものであってもよい。
【００１３】
ネットワーク９には、本システムを運営する運営会社Ａのサーバ１０、電力会社Ｂのサーバ１１、および需要家Ｃのサーバ１２が接続されている。運営会社Ａは、水力発電機５や制御機６などの発電プラントを設置して、水力発電機５で発電した電力を電力会社Ｂや需要家Ｃへ販売する事業主体である。運営会社Ａのサーバ１０は、本発明における管理装置を構成する。このサーバ１０で管理するデータについては後述する。電力会社Ｂは、自己の発電所（図示省略）で発電を行うとともに、水力発電機５で発電された電力を運営会社Ａから買い取り、これらの電力を当該地域の需要家に供給する事業を行う。サーバ１１には、電力の売買データなどが格納されている。需要家Ｃは、例えば企業であって、電力会社Ｂから電力の供給を受け、また場合によっては水力発電機５で発電された電力を運営会社Ａから直接購入する。サーバ１２には電力の売買データなどが格納されている。なお、これらのサーバ１０，１１，１２以外に、例えば電子取引市場（インターネットのウエブサイト上に開設された電子商取引のための仮想市場）のサーバ等が接続されていてもよい。１３は無線基地局８との間で送受信が可能な通信エリアであって、例えば無線基地局８を中心とする半径３キロメートルのエリアとなっている。１４はこのエリア１３内にある地域住民の家屋である。
【００１４】
以上のシステムにおいて、水力発電機５は、河川２の流域における通信エリア１３内の複数地点に設けられており、各水力発電機５の近傍に送電柱３がそれぞれ設けられている。また、制御機６は各水力発電機５に付設されており、水力発電機５と制御機６、および制御機６と送電線４とはぞれぞれ電気的に接続されている。水力発電機５は河川２の水流により発電を行い、発電された電力は、制御機６から送電線４を介して送電線７へ送られる。一方、各水力発電機５に付設された制御機６は、それぞれの水力発電機５の発電電力および稼働状態に関するデータを、当該発電機に固有の識別番号とともに所定のタイミングで無線基地局８に無線送信する。無線基地局８へ送信されたデータは、ネットワーク９を介して運営会社Ａのサーバ１０に送られ、サーバ１０は通信エリア１３内にある個々の水力発電機５の発電電力および稼働状態を識別番号に基づいて管理するとともに、各水力発電機５の発電電力を合計した総発電量を管理する。電力会社Ｂや需要家Ｃは、ネットワーク９を通じて運営会社Ａへ電力購入を申し込み、運営会社Ａは水力発電機５が発電した総発電電力のうち、必要な電力を送電線７を通じて電力会社Ｂや需要家Ｃに販売する。
【００１５】
このようにして、上記水力発電システムでは、河川２の水流を利用して発電を行うので、ダムのような大規模な発電設備は不要であり、小規模な設備で発電が可能となる。また水力発電であることから、二酸化炭素を排出しないクリーンな電力が得られる。さらに、河川２の複数地点に水力発電機５を設置し、それぞれの発電機５で発電した電力を合算して送電するので、発電量を増大させて十分な電力を供給することができる。また、各地点の水力発電機５の発電データをサーバ１０が収集して、通信エリア１３内にある複数台の水力発電機５を群として管理するので、個々の発電機５の発電量だけでなく、トータルの発電量を把握して一元管理することができ、これに基づいて電力の販売（売電）を円滑に行うことができる。さらに、制御機６から基地局８へは、発電電力のデータに加えて、水力発電機５の稼働状態のデータも送信されるので、サーバ１０では各水力発電機５の稼働状態を把握し、異常時などに適切な対応をとることが可能となる。
【００１６】
図２は、水力発電機５の一例を示した概略構造図である。５１は両端側が開口した鼓形のハウジングであって、上流側の開口部には砂や漂流物などが侵入するのを防ぐためのフィルタ５２が設けられている。５３は発電機のロータ、５４はロータ５３を収納したケースである。５５はプロペラであって、シャフト５６の先端側に設けられている。５７はロータ５３の回転軸とシャフト５６とを結合するカップリング部材である。
【００１７】
以上の構成からなる水力発電機５は、図３のように河川２の水中に設置される。図３は河川２の断面を示した図であり、水力発電機５は固定具４１により基台４２に固定されており、基台４２の脚部４３は川床２ａに埋入して堅牢に固定されている。
【００１８】
図２において、上流から下流へ向かう水流（矢印で示す）によりプロペラ５５が回転すると、プロペラ５５の回転はシャフト５６およびカップリング部材５７を介してロータ５３に伝達され、ロータ５３の回転により水力発電機５は発電を行う。前述したように、水力発電機５は出力が１０ＫＷ程度のマイクロ発電機であり、小型で設置スペースをとらないことから、中小河川における小規模発電に適したものとなっている。水力発電機５から出力される電圧は、例えば４００〜６００Ｖ程度の直流である。なお、本実施形態では、水力発電機５は直流発電機であるが、交流発電機であってもよい。水力発電機５で発電された電力は、図３で示したようにケーブル４４を介して制御機６へ送られ、制御機６からさらにケーブル４５を介して送電柱３に設けられた接続ボックス３０へ送られる。なお、ケーブル４４、４５は地中配管内に収納されている。
【００１９】
図４は、水力発電機５の発電電力を売電のために送電する送電系統を示した図である。このときの送電方向は電力会社側へ向かう方向となるため、水力発電機５の発電電力は逆潮流電力として送電される。水力発電機５から出力される直流電圧はケーブル４４を介して制御機６へ与えられる。制御機６は、水力発電機５からの直流を交流に変換するとともに所定の電圧まで昇圧する。また、制御機６は、水力発電機５の発電電力を逆潮流電力として送電するために、周波数や位相を調整するなど所定の制御を行う。
【００２０】
制御機６から出力される交流電圧は、ケーブル４５を介して接続ボックス３０に送られる。ケーブル４５の端部にはコネクタ（図示省略）が設けられており、このコネクタを接続ボックス３０の接続部（図示省略）に装着することにより、制御機６は接続ボックス３０と電気的に接続され、さらには送電線４と電気的に接続される。この結果、水力発電機５が発電した電力を、制御機６から接続ボックス３０を介して送電線４に乗せて送電することができる。また、図３で示したように、制御機６は無線通信を行うアンテナ６ａを備えており、このアンテナ６ａを介して、水力発電機５の発電電力と稼働状態に関するデータを無線基地局８へ送信する。なお、接続ボックス３０には、売電用の取引計器となる積算電力計３２が内蔵されている。この積算電力計３２は、接続ボックス３０の外部に独立して設けてもよい。
【００２１】
図５は、制御機６の電気的構成の一例を示したブロック図である。２０は水力発電機５が発電した電力を逆潮流電力として送電線４へ乗せるために所定の制御を行なう電力制御部であって、水力発電機５からの直流電圧を交流電圧に変換するコンバータ２０ａ、電圧のレベルを制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路２０ｂ、逆潮流電力の周波数を調整する周波数制御回路２０ｃ、逆潮流電力の位相を調整する位相制御回路２０ｄを備えている。２１は無線送受信部であって、アンテナ６ａを介して無線基地局８との間でデータの送受信を行う。無線送受信部２１とアンテナ６ａとにより、本発明の通信手段が構成される。２２は制御機６の動作を制御する制御手段としてのＣＰＵ、２３はＣＰＵ２２の動作プログラム等を格納したＲＯＭや送受信データ等を一時的に格納するＲＡＭにより構成される記憶部である。２４は水力発電機５の停止や起動を制御する発電機制御部、２５は制御機６の各部へ電源を供給するためのバッテリからなる電源部、２６は水力発電機５の異常状態を検出するために発電機５に付設されたセンサである。２７と２８は、それぞれ図４で示したケーブル４４，４５が接続される端子である。
【００２２】
図６は、無線送受信部２１から無線基地局８へ送信されるデータの一例を示した図である。（ａ）は通常時に送信されるデータであって、発電機ＩＤ番号Ｘ１、送信時刻Ｘ２、機器異常有無Ｘ３、積算電力値Ｘ４などを含んでいる。発電機ＩＤ番号Ｘ１は、水力発電機５のそれぞれに割り当てられた発電機固有の識別番号である。送信時刻Ｘ２は、データを送信する時刻を表したタイムスタンプである。機器異常有無Ｘ３は、水力発電機５の状態が異常でないかどうかを表すフラグであって、前述のセンサ２６の検知出力に基づいて設定される。積算電力値Ｘ４は、水力発電機５が発電した電力量を表すデータである。一方、（ｂ）は水力発電機５の異常時に送信されるデータであって、発電機ＩＤ番号Ｙ１、送信時刻Ｙ２、機器異常有無Ｙ３、異常コードＹ４、積算電力値Ｙ５などを含んでいる。発電機ＩＤ番号Ｙ１、送信時刻Ｙ２、機器異常有無Ｙ３、積算電力値Ｙ５については、それぞれ（ａ）のＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４と同じである。異常コードＹ４は、異常の種別を表すコードであって、例えば、水力発電機５のフィルタ５２（図２）に詰りが生じている場合は、フィルタ詰りに相当するコードが設定される。
【００２３】
図７は、運営会社Ａのサーバ１０（図１）に設けられた群管理ファイルの一例を示した図である。群管理ファイル１０ａには、発電機ＩＤ番号ごとに管理データが記録されている。管理データは、ネットワーク９を通じて収集した各水力発電機５の発電電力および稼働状態に関するデータである。発電電力のデータとしては、受信発電量Ｚ１と累計発電量Ｚ２が記録される。受信発電量Ｚ１は、制御機６から送信されてきた発電量のデータであり、図６の積算電力値Ｘ４、Ｙ５がこれに相当する。累計発電量Ｚ２は、受信発電量Ｚ１を日単位、月単位、年単位で累計した値である。一方、稼働状態のデータとしては、稼働率Ｚ３と故障データＺ４が記録される。稼働率Ｚ３は、水力発電機５の故障停止期間を除いた実質運転時間の比率を表した指標である。故障データＺ４は、水力発電機５の故障の種別や故障期間などを表すデータである。また、群管理ファイル１０ａには、上述した個々の発電機のデータに加え、総発電量Ｚ５と平均稼働率Ｚ６が記録される。総発電量Ｚ５は、各水力発電機５の累計発電量Ｚ２を合計したものであり、平均稼働率Ｚ６は、各水力発電機５の稼働率Ｚ３を平均したものである。
【００２４】
なお、図示は省略するが、サーバ１０は、ＣＰＵ、メモリ、通信部、入力装置、ディスプレイ、外部記憶装置、電源部などからなる公知の構成を備えている。
【００２５】
図８は、制御機６およびサーバ１０の動作を示したフローチャートである。それぞれの手順は、制御機６とサーバ１０に備わる各ＣＰＵにより実行される。制御機６では、ＣＰＵ２２が水力発電機５の稼働有無を常時監視しており（ステップＳ１）、例えば一定時間以上連続して発電電力が発生しないような場合は、水力発電機５が稼働していないと判定して（ステップＳ２：ＮＯ）、保守部門のコンピュータへ異常を通知する。水力発電機５が稼働中であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、次に、サーバ１０からデータ送信要求のコマンドを受信するのを待ち（ステップＳ３）、コマンドを受信すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、水力発電機５の発電電力および稼働状態のデータ（以下、「ログデータ」と記す）を図６に示したように編集して（ステップＳ４）、編集したログデータを無線送受信部２１およびアンテナ６ａから無線基地局８を介してサーバ１０へ送信する（ステップＳ５）。その後、ステップＳ１へ戻って上述した手順を繰り返す。
【００２６】
一方、サーバ１０では、制御機６とポーリング通信を行い、一定時間間隔で水力発電機５のデータを自動的に収集するようになっている。このため、現在時刻を監視してデータ収集時刻に至ったか否かを判定し（ステップＳ１１）、データ収集時刻になると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御機６に対して前述のデータ送信要求コマンドを送信する（ステップＳ１２）。その後、制御機６からログデータが送信されてくるのを待ち（ステップＳ１３）、ログデータを受信すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、受信したデータを分析する（ステップＳ１４）。分析の結果、ログデータに異常がなければ（ステップＳ１５：ＮＯ）、累計発電量Ｚ２を計算し（ステップＳ１７）、稼働率Ｚ３を計算して（ステップＳ１８）、図７の群管理ファイル１０ａの各データ欄を更新する（ステップＳ１９）。一方、ログデータに異常を示す情報（図６（ｂ）のＹ３、Ｙ４）が含まれている場合は（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、保守部門のコンピュータへ異常を通知した後（ステップＳ１６）、ステップＳ１７〜ステップＳ１９を実行する。ステップＳ１９を実行した後は、ステップＳ１１へ戻って上述した手順を繰り返す。なお、ここでは、サーバ１０から制御機６に対してデータ送信要求コマンドを送り、制御機６がこれを受信することによりログデータをサーバ１０へ送信する例を挙げたが、制御機６から定期的にサーバ１０へログデータを送信するようにしてもよい。
【００２７】
図９は、異常事態が発生した時に、サーバ１０からの遠隔指令により発電機の稼働を制御する手順を示している。例えば、台風や大雨などにより河川２が増水して水力発電機５が流失しかかっているようなときは、発電を続けたまま復旧作業を行うことは危険であるので、水力発電機５を非稼働状態にする必要が生じる。このような場合、保守員は、携帯電話機などの端末装置（図示省略）を用い、稼働停止が必要な水力発電機５の発電機ＩＤ番号やパスワード等を入力して、サーバ１０へ異常事態の発生を通知する（ステップＳ２１）。端末装置から送信された通知信号は、無線基地局８からネットワーク９を通じてサーバ１０で受信される。サーバ１０では、この通知を受けると異常事態が発生したと判定し、ネットワーク９から無線基地局８を通じて、該当する水力発電機５に付設された制御機６へ、当該発電機の稼働の停止を指示する信号を送信する（ステップＳ２２）。制御機６では、この指示信号がアンテナ６ａを介して無線送受信部２１で受信されると、ＣＰＵ２２が発電制御部２４に指令を与え、発電制御部２４から稼働停止信号が出力される。この信号により、水力発電機５は電気的もしくは機械的に稼働が停止され、発電電力を出力しない状態となる（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２２において、サーバ１０が稼働停止指示信号を送信するのと並行して、サーバ１０から保守部門へ作業指示を通知するようにしてもよい。
【００２８】
その後、現場において保守員や作業員による復旧作業が行われ（ステップＳ２４）、復旧が完了すると（ステップＳ２５）、保守員は再び携帯電話機などの端末装置を用い、稼働再開が必要な水力発電機５の発電機ＩＤ番号やパスワード等を入力して、サーバ１０へ発電機の再稼働を要求する（ステップＳ２６）。端末装置から送信された通知信号は、無線基地局８からネットワーク９を通じてサーバ１０で受信される。サーバ１０では、この通知を受けると異常事態が復旧したと判定し、ネットワーク９から無線基地局８を通じて、該当する水力発電機５に付設された制御機６へ、当該発電機の稼働の再開を指示する信号を送信する（ステップＳ２７）。制御機６では、この指示信号がアンテナ６ａを介して無線送受信部２１で受信されると、ＣＰＵ２２が発電制御部２４に指令を与え、発電制御部２４から稼働再開信号が出力される。この信号により、水力発電機５は再起動され、発電電力を出力する状態となる（ステップＳ２８）。
【００２９】
以上のように、異常事態の発生時および復旧時に、携帯電話機等から基地局８を経由してサーバ１０へアクセスすることで、サーバ１０の遠隔制御によって水力発電機５の稼働の停止・再開を行うことが可能となり、異常時にすみやかな対応を行うことができる。
【００３０】
図１０および図１１は、サーバ１０による群管理の他の実施形態を説明する模式図である。図１の水力発電システムでは、通信エリア１３の範囲内にある複数台の水力発電機５を１つの群として、サーバ１０で管理する例を示したが、図１０に示したように、河川２に複数のポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…を設定し、各ポイントごとに例えば１０台の水力発電機を設置して、基地局８ａの通信エリア１３ａ内にある１ポイントを１つの群として管理するようにしてもよい。図１０の例では、無線通信エリア１３ａ内に７つのポイントがあり、サーバ１０は７つの群（７０台の水力発電機）を管理することになる。
【００３１】
また、図１１のように、管理レベルをさらに多層としてもよい。図１１の例では、「ユニット」という管理レベルが設けられている。ユニットは、河川単位の管理レベルであって、ユニット１は○○川、ユニット２は△△川、ユニット３は××川、というように決められている。各ユニットの下位には、上述した「ポイント」という管理レベルが設けられている。ポイントは、河川のエリア単位の管理レベルであって、例えばポイント１は△△川の上流の××地区、ポイント２は△△川の上流の○○地区、ポイント３は△△川の中流の□□地区、というように決められている。各ポイントの下位には、個々の水力発電機が属しており、これは機器単位の管理レベルであって、前述した発電機ＩＤ番号により管理される。サーバ１０は最上位にあって、各河川を総括する全体の管理レベルを構成している。
【００３２】
図１２は、図１１の管理体系を採用した場合のサーバ１０における群管理ファイル１０ｂの一例である。群管理ファイル１０ｂには、全体のデータＧ１、ユニット（河川）ごとのユニットデータＧ２、ポイント（エリア）ごとのポイントデータＧ３、発電機ごとの機器データＧ４が記録されており、それぞれのデータは、累計発電量と稼働率とを含んでいる。累計発電量と稼働率は、日単位、月単位、年単位等で記録される。全体のデータＧ１は、ユニットデータＧ２を全ユニットにわたって集計したものであり、ユニットデータＧ２は当該ユニットに属するポイントデータＧ３を全ポイントにわたって集計したものであり、ポイントデータＧ３は当該ポイントに属する個々の発電機の機器データＧ４を集計したものである。
【００３３】
ここで、１ポイントに１０台ずつ水力発電機５を設置し、１０ポイントを１ユニットとして、ユニット数を１０００とした場合、１台の水力発電機５が発電する電力を平均１０ＫＷと仮定すると、１ポイントの発電量は１００ＫＷ、１ユニットの発電量は１０００ＫＷとなり、１０００ユニットでは１００万ＫＷの電力がクリーンなエネルギーとして得られる。これは、原子力発電所ほぼ１基分の発電エネルギーに匹敵し、本発明の水力発電システムは、地球環境を維持しながら大量のクリーン電力を生産できる点できわめて意義が大きい。
【００３４】
図１３および図１４は、本発明の他の実施形態を説明する図である。図１の場合は、無線基地局８を独立して設置したが、図１３のように無線基地局を送電柱３に配備することもできる。図１３において、３は送電柱、４は送電線、３０は接続ボックス、４５はケーブルであって、これらは図１や図４で示したものと同じものである。６１は柱上トランスであって、送電柱３に設けられた支持板６４に支持されている。６２は無指向性のアンテナであって、送電柱３に設けられた支持板６５に支持されている。６３は無線ＬＡＮボックスであって、送電柱３に設けられた支持板６６に支持されている。４６は無線ＬＡＮボックス６３をネットワークに接続するためのＬＡＮケーブル、４７は柱上トランス６１と接続ボックス３０とを電気的に接続するためのケーブル、６７は接続ボックス３０を支持する支持板である。以上の構成において、アンテナ６２と無線ＬＡＮボックス６３とによって、無線基地局が構成される。
【００３５】
図１４は、無線ＬＡＮボックス６３の電気的構成を示したブロック図である。６２は上述したアンテナ、７１は雷から回路を保護するための避雷器、７２はモデムや制御回路等を内蔵した無線ＬＡＮ装置、７３は無線ＬＡＮ装置７２を作動させるための直流電源、７４は直流電源７３へ交流電圧を供給するためのコンセントボックス、４６は上述したＬＡＮケーブルである。各制御機６から送信された水力発電機５の電力データ等は、アンテナ６２で受信され、無線ＬＡＮ装置７２からＬＡＮケーブル４６およびネットワーク９を介して、サーバ１０に送信され、図１の場合と同様の手順で処理が行われる。
【００３６】
このように、無線基地局を送電柱３に配備することにより、基地局をわざわざ設置しなくても、既存の設備を利用して基地局を設けることができ、設備費用を抑制することができる。特に、過疎地や河川沿いでは、ビルのような高い建物が少なく、電波の受信状態が良好なため、送電柱３に基地局を配備することで支障なく通信を行うことができる。
【００３７】
なお、以上においては、中小河川に水力発電機５を設置する例を挙げたが、本発明は、一級河川のような大型河川に水力発電機５を設置して発電を行う場合にも適用が可能である。
【００３８】
また、図１の実施形態では、複数の水力発電機５のそれぞれに制御機６を付設した例を挙げたが、所定数（例えば３台）の水力発電機５に対して１台の制御機６を付設し、この１台の制御機６で複数の水力発電機５を管轄するようにしてもよい。このようにすれば、制御機６の台数を減らしてコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る水力発電システムの一例を示した図である。
【図２】水力発電機の一例を示した概略構造図である。
【図３】河川の断面を示した図である。
【図４】送電系統を示した図である。
【図５】制御機の電気的構成を示したブロック図である。
【図６】無線基地局へ送信されるデータの一例を示した図である。
【図７】群管理ファイルの一例を示した図である。
【図８】制御機およびサーバの動作を示したフローチャートである。
【図９】異常事態発生時の発電機の稼働制御の手順を示したフローチャートである。
【図１０】群管理の他の実施形態を説明する模式図である。
【図１１】群管理の他の実施形態を説明する模式図である。
【図１２】群管理ファイルの他の例を示した図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図１４】無線ＬＡＮボックスの電気的構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
２ 河川
３ 送電柱
４，７ 送電線
５ 水力発電機
６ 制御機
６ａ アンテナ
８，８ａ 無線基地局
９ 通信ネットワーク
１０ サーバ
１０ａ，１０ｂ 群管理ファイル
１３，１３ａ 通信エリア
２１ 無線送受信部
６２ アンテナ
６３ 無線ＬＡＮボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川に設置された水力発電設備を利用して発電を行うシステムであって、
前記河川の複数地点に設けられ、当該河川の水流により発電を行う複数台の水力発電機と、
各水力発電機が発電した電力を電力会社または需要家に送電する送電手段と、
各水力発電機の発電電力のデータを通信ネットワークを通じて収集し、複数台の水力発電機を群管理する管理装置と、
を備えたことを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水力発電システムにおいて、
前記通信ネットワークに接続された無線基地局と、
前記無線基地局の通信エリア内にある複数台の水力発電機のそれぞれ又は所定数の発電機に対して付設され、対応する水力発電機の発電電力および稼働状態に関するデータを当該発電機に固有の識別番号とともに所定のタイミングで前記無線基地局に無線送信するための通信手段が設けられた制御機と、をさらに備え、
前記管理装置は、前記通信エリア内にある個々の水力発電機の発電電力および稼働状態を前記識別番号に基づいて管理するとともに、各水力発電機の発電電力を合計した総発電量を管理することを特徴とする水力発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の水力発電システムにおいて、
前記無線基地局は、水力発電機が発電した電力を送電するための送電柱に配備されていることを特徴とする水力発電システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の水力発電システムにおいて、
前記管理装置は、異常事態の発生を判定した時に、前記制御機のうち該当する制御機に対して水力発電機の稼働の停止を指示する指示信号を送信し、異常事態の復旧を判定した時に、前記制御機に対して水力発電機の稼働の再開を指示する指示信号を送信し、
前記制御機は、管理装置からの前記指示信号に基づいて水力発電機の稼働の停止または再開を制御することを特徴とする水力発電システム。
【請求項１】
河川に設置された水力発電設備を利用して発電を行うシステムであって、
前記河川の複数地点に設けられ、当該河川の水流により発電を行う複数台の水力発電機と、
各水力発電機が発電した電力を電力会社または需要家に送電する送電手段と、
各水力発電機の発電電力のデータを通信ネットワークを通じて収集し、複数台の水力発電機を群管理する管理装置と、
を備えたことを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水力発電システムにおいて、
前記通信ネットワークに接続された無線基地局と、
前記無線基地局の通信エリア内にある複数台の水力発電機のそれぞれ又は所定数の発電機に対して付設され、対応する水力発電機の発電電力および稼働状態に関するデータを当該発電機に固有の識別番号とともに所定のタイミングで前記無線基地局に無線送信するための通信手段が設けられた制御機と、をさらに備え、
前記管理装置は、前記通信エリア内にある個々の水力発電機の発電電力および稼働状態を前記識別番号に基づいて管理するとともに、各水力発電機の発電電力を合計した総発電量を管理することを特徴とする水力発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の水力発電システムにおいて、
前記無線基地局は、水力発電機が発電した電力を送電するための送電柱に配備されていることを特徴とする水力発電システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の水力発電システムにおいて、
前記管理装置は、異常事態の発生を判定した時に、前記制御機のうち該当する制御機に対して水力発電機の稼働の停止を指示する指示信号を送信し、異常事態の復旧を判定した時に、前記制御機に対して水力発電機の稼働の再開を指示する指示信号を送信し、
前記制御機は、管理装置からの前記指示信号に基づいて水力発電機の稼働の停止または再開を制御することを特徴とする水力発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−９９３７３（Ｐ２００８−９９３７３Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７５８０７（Ｐ２００６−２７５８０７）
【出願日】平成１８年１０月６日（２００６．１０．６）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月６日（２００６．１０．６）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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