小流量・コンパクト・高出力を実現するインライン式ピコ水力発電｜国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

10l/s以下の小流量で高出力を実現するインライン式小型ハイドロタービン

小水力発電において、ナノ水力（10kW以下）、ピコ水力（1kW以下）の低コスト化は必要不可欠ですが、現状では、土木工事などが必要となり、400万円/kW以上のコストがかかります。そのため、売電などにより、初期投資を10年程度で回収することは非常に困難です。一方、農業用パイプラインや簡易水道などの流量は10l/s以下ですが、この流量域に活用できる小型なインライン式ハイドロタービンは存在しません。そこで、水車のコンパクト化、高出力化に有効な二重反転形羽根車を活用し、10l/s以下の流量において、300W以上の出力を実現するインライン式小型ハイドロタービンを開発します。また、コンパクトなサイズを活かし、土木工事費用を最大限に低減させ、水車の低コスト化を実現します。本研究開発では、2種類の水車の開発を予定しており、軸流式の水車については、最高出力500W、遠心力を活用する水車については、最高出力300Wを目標に設定しています。それぞれの水車の目標性能が達成できれば、高性能かつ低コストなナノ水力、ピコ水力発電が実現し、再生可能エネルギーの分野におけるイノベーションが期待できます。

二重反転形羽根車の適用範囲の拡大

二重反転形羽根車は、二つの羽根車を反転させることで、効率よくエネルギー変換を行うことが可能です。また、二つの羽根車を使用するため、通常の一段の羽根車を使用する場合と比較し、高出力となります。そのため、軸流ファン、ドローンなどに活用されています。二重反転形羽根車は、高流量・低圧仕様に適した軸流羽根車に使用されていますが、中流量・中圧仕様の斜流羽根車や低流量・高圧仕様の遠心羽根車にまでその適用範囲が拡大されれば、回転する羽根車を使用したエネルギー変換装置（ターボ機械）の高性能化が実現できます。本研究では、ナノ・ピコ水力を対象に、軸流羽根車を使用した二重反転形羽根車と遠心羽根車とハイブリッド羽根車（斜流羽根車＋軸流羽根車）を使用した二重反転形羽根車を活用し、水車のコンパクト化、高出力化、高効率化を実現させます。また、これらの技術は水車のみならず、ポンプや風車など他のターボ機械への応用が期待できます。