10kW以下に需要あり、小水力発電：自然エネルギー（3/4 ページ）

[畑陽一郎，スマートジャパン]

導入コストを引き下げる工夫とは

　ダイキン工業は出力22kWや77kWの小水力発電システムを製品化する際、小型軽量化、高い発電性能、低コスト化を重視した。

　河川などに設置する小水力発電システムとは異なり、配管に接続する発電システムでは設置場所に余裕がない。設置面積を少なくすればするほど、導入できる場所が増える。

　そこで、発電機本体の上にコントローラーを載せる形状を工夫した。永久磁石同期発電機と縦型インラインポンプ逆転水車、発電コントローラー（コンバータ、系統連系インバーター）を全て一体化した形だ。設置面積は従来の横型マイクロ水力発電機の半分以下となった（図6）^＊5）。一体化を進めたものの、分解しなくても摩耗部品を交換可能であり、メンテナンス性は高いという。

＊5） 制御盤を除くシステム本体の寸法は高さ1280mm、フランジの面間936mm、奥行き545mm。重量は500kg。

図6　発電機一体型コントローラーを用いる　永久磁石同期発電機の表面に発電機一体型コントローラー（白色）を配置した。　出典：ダイキン工業

　発電性能を高めるため、社内の別事業で開発した技術を応用した。発電機とコントローラーには、空調技術と油圧機器事業で改善を重ねたモーター技術やインバーター技術を適用した。水車の流量制御機能によって、落差（圧力）が変動しても安定した運転ができるという。

周波数変動を吸収する仕組みを盛り込む

　発電機は交流を出力するものの、水車に流入する水の落差・流量条件によって、永久磁石同期発電機の回転数が変動し、発電機からの出力である交流の周波数も変動する。

　「そのため、いったん発電機一体型コントローラー内のコンバータで直流に変換する（図7）。さらに商用電源と接続する（系統連系）ために、外付けのシステム制御盤内の系統連系インバーターで設置地域の系統周波数（50Hz/60Hz）に合致する交流に変換する。従来の一般的な小水力発電では、発電機が一定回転するように複雑な流量調整機構（ガイドベーンなど）やアクチュエータ、調整制御装置が必要で、機械的に系統周波数に合致するように調整している。これに対して、開発した可変速マイクロ水力発電システムでは、ガイドベーンなどがないシンプルで低コストの標準ポンプとパワーエレクトロニクスの組み合わせで、より高精度で安定した系統連系を実現する」（ダイキン工業）。

図7　システムの構成要素全体を設計し直して実現　出典：ダイキン工業