[일본] 물을 저장하지 않는 댐에서 수력발전
일본공영은 나가노현(長野県) 다카마츠무라(高山村)를 흐르는 마츠가와(松川)에서 출력 420kW의 소수력발전소 “다카이발전소”의 건설을 개시하였다. 2015년 9월 완성할 예정이다. 저수기능을 갖지 않은 사방댐에서 처음 시도하는 것이다. 사방댐에 직접 구멍을 뚫어 물을 빼내어 소수력발전소에 유입시키는 사례로서는 일본 국내에서 선도적인 시도라고 생각된다.
일본공영이 2014년 7월 3일에 착공하여 2015년 9월 완성할 예정으로 7억 엔을 투입하였으며, 출력 420kW, 연간 발전량 약 270만 kWh를 생산할 수 있는 소수력발전소이다. 중부전력의 배전선을 통해 신전력(PPS, Power Producer and Supplier)으로 전력판매를 계획하고 있다. 소수력발전소는 안정된 물을 입수할 수 있으며 낙차가 있으면, 다양한 입지에 건설할 수 있다. 농업용수 및 댐 방류수, 물이 자연적으로 흐르는 송수관, 수도관(본관)도 가능하다.
일본공영이 이번에 선택한 것은 시나노가와(信濃川)계의 마츠가와이다. 산간부를 흐르는 마츠가와의 “다카이(高井) 사방댐”이 발전소의 대상이다. 사방댐은 토석류 등 토사재해가 일어나지 않도록 만든 댐이기 때문에 내부에 저장되는 것은 물이 아니라 돌과 토사이다. 댐이라고 명명되었지만, 저수기능은 없다. 물이 저장되어 있지 않으면 댐식 발전은 불가능하다. 그러나 강물의 흐름은 있다. 그래서 댐의 일부에 구멍을 내어 물을 배출한다. 댐의 “월류수” 일부를 이용하여 유입수로식으로 발전한다.
우선 사방 언제(堰堤)의 좌측에 관통구멍을 만들고 취수설비를 신설한다. 여기에는 침사지가 있어 물과 토사를 분리한다. 토사는 U자 구조물을 통해 하부의 언제에 돌아온다. 물은 신설하는 도수관을 통과한다. 도수관의 직경은 900mm, 약 100m의 길이이다. 도수관의 끝부분에 발전소 건물 옥상에 설치하고, 횡축 프랜시스 수차와 동기발전기를 사용하여 발전한다. 발전량을 결정하는 미이용 낙차는 36m, 최대 사용수량은 1.4m3이다. 강의 상류부에 있는 소수력발전소이지만, 설비이용률은 73%이다.
이 회사는 수력발전을 중심으로 한 컨설팅부문과 전력회사에 납입하는 부재 및 발전기를 제조하는 엔지니어링부문으로 구성되어 있다. 다카이발전소는 컨설팅부문이 사이트를 선정하고, 부재를 엔지니어링부문이 제조한다. 하천을 이용한 소수력발전의 경우, 어업권 및 이수권의 조정에 시간이 필요하다. 마츠가와는 자연조건에 의해 산성이 되는 경우가 있기 때문에 어업권의 조정은 거의 필요하지 않았다.
소수력발전에 대해서는 선진적인 대응이 많다. 예를 들면, 지자체측이 예산조치를 강구하지 않고 댐에 수력발전 기능을 추가하는 ESCO(energy service company) 사업을 일본 국내에서 최초로 실시하고 있다. 이것은 토치기현(栃木県) 테라야마(寺山)댐의 사례(190kW)이다. 가고시마현(鹿児島県) 이사시(伊佐市)에는 동양의 나이아가라라는 관광명소 “소기(曽木)노 폭포”를 이용해 신소기(新曽木) 수력발전소(490kW)를 만들었다. 폭포의 관광기능을 손상시키지 않고, 그대로 소수력발전소로 변화시킨 것이 새롭다. 현재는 후쿠시마현에서 댐 ESCO 사업을 착수하고 있으며, 홋카이도에서는 파손 때문에 사용할 수 없게 된 발전소를 매입하여 재생하는 사업을 예정하고 있다.
(그림 1) 다카이 사방댐 표식
(그림 2) 다카이 사방댐 전경
(그림 3) 마츠가와, 다카이 댐과 다카이 발전소의 관계
砂防ダムに穴を開ける？ 水を貯めないダムで水力発電
日本工営は長野県高山村を流れる松川で出力420kWの小水力発電所「高井発電所」の建設を開始した。2015年9月の完成を予定する。貯水機能を持たない砂防ダムで初の取り組みを進める形だ。
図1 長野県高山村と発電所の位置
「砂防ダムに直接穴を開けて水を引き出し、小水力発電所に導く事例として、国内でもいち早い取り組みだと考えている」（日本工営）。
日本工営が2014年7月3日に着工し、2015年9月の完成を予定するのは、「高井発電所」（長野県高山村奥山田）だ（図1）＊1）。7億円を投じ、出力420kW、年間発電量約270万kWhを生み出す小水力発電所である。中部電力の配電線を通じて、新電力（PPS）への売電を計画しているという。
小水力発電所は安定した水を入手でき、落差があればさまざまな立地に建設できる。農業用水やダム放流水、水が自然に流れている送水管、はては水道管（本管）でも可能だ。
＊1） 日本工営が資金と技術者を提供、同社と高山村が出資する長野水力が大林組の協力を得て設計・調達・建設を進める。施設を所有し、管理・運営を担うのは長野水力。
図2 高井砂防ダムの標識 出典：日本工営
日本工営が今回選んだのは、信濃川水系の松川だ。山間部を流れる松川の「高井砂防ダム」（図2、図3）が発電所の舞台である。砂防ダムは土石流などの土砂災害が起こらないように作られたダムであるため、内部に貯まるのは水ではなく岩や土砂だ。「ダム」と名付けられていても貯水機能はない。水が貯まっていなければダム式の発電はできない。しかし川の水の流れはある。そこで、ダムの一部に穴を開けて水を取り出す。ダムの「越流水」の一部を利用して流込式水路式の発電を進める。
図3 高井砂防ダムの全景 出典：日本工営
高井発電所の完成予想図を図4に示す。
まず、砂防堰堤（えんてい）の左側に貫通孔を設け、取水設備を新設する。ここには沈砂池があり、水と土砂を分ける。土砂はU字溝を通って下部の堰堤に戻る。水は新設する導水管（水圧管）に通す。導水管の直径は900mm、約100mの長さがある。導水管の末端に発電所の建屋を置き、横軸フランシス水車と同期発電機を使って発電する。
発電量を決める未利用落差は36m、最大使用水量は1.4m3だ。川の上流部にある小水力発電所だが、設備利用率も73％ある。
図4 松川、高井ダムと高井発電所の関係 出典：日本工営
同社は水力発電を中心としたコンサルティング部門と電力会社に納入する部材や発電機を製造するエンジニアリング部門からなる。「当社の強みはコンサルティング、ものづくり、完成後のモニターまでを一貫して取り組むことだ」（同社）。高井発電所ではコンサルティング部門がサイトを選定し、部材はエンジニアリング部門が製造する。「河川を利用した小水力発電では漁業権や利水権の調整に時間を要する。松川は自然の条件によって酸性になっているため、漁業権の調整はほとんど必要なかった」（同社）。
小水力発電では先進的な取り組みが多いという。例えば、自治体側が予算措置を講じないでダムに水力発電の機能を追加するESCO（Energy Service Company）事業を国内で最初に立ち上げている（
関連記事）。これは栃木県の寺山ダムの事例（190kW）だ。鹿児島県伊佐市では同市が「東洋のナイアガラ」と呼ぶ観光名所「曽木の滝」を利用した新曽木（しんそぎ）水力発電所（490kW）を作り上げた。滝の「観光機能」を損なわず、そのまま小水力発電所に変えたところが新しい。
現在は、福島県でダムESCO事業に着手しており、北海道では破損により使えなくなった発電所を買い取り、再生する事業を予定している。
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