도호쿠소수력은 아시노(芦野)공업과 협력하여 효율이 95%로 높고 기존 제조품보다 저비용인 소수력 발전용 수차를 2017년 3월까지 개발한다. 미개발 적합지역의 개척 및 기존 설비의 개보수를 담당한다. 원자력발전소 13기분의 전력을 생산하기 위한 첫 번째 시도이다.

이 회사의 문제의식은 두 가지이다. 첫 번째는 소수력발전용으로 미개척된 적합지가 일본 국내에 1,330만 kW분 남아 있다는 것이다. 이것은 대형 원자력발전소 13기분에 해당한다. 소수력발전은 장기간, 비교적 낮은 관리 및 운용비용으로 발전할 수 있다. 출력면에서 계절변동이 있지만, 1일 중 심하게 변화하는 것은 아니다. 계통안정화에 도움이 되며, 이상적인 전력원이라고 할 수 있다. 다른 재생에너지와 같이 일본산 에너지원이며, 에너지 보안에도 도움이 된다. 두 번째는 현재 가동하고 있는 1,900개소의 수력발전소 중 동사가 목표로 하는 규모인 출력 1만kW 미만의 설비가 1,400개소 있다는 것이다. 이 중 반 정도가 가동개시 후 60년 이상 경과하고 있으며, 설비 개보수에 도움이 되는 개량형 수차가 필요하다. 2030년에는 전체의 70% 이상이 60년을 넘기 때문에 개보수시장이 확대되는 경향이 있다. 신규시장을 개척하고, 설비의 개보수에 대응하기 위해서는 고효율, 저비용인 수차가 필요하다.

아키타현에 거점을 둔 도호쿠소수력은 2014년 7월, 야마가타현의 아사노공업과 “고효율 프랜시스 수차의 연구, 개발”에 대하여 공동연구계약을 체결하고, 9월에는 연구, 개발의 내용을 발표하였으며, 앞으로 자사제의 프랜시스 수차를 이용한 소수력발전소의 착공에 들어간다. 프랜시스 수차는 일본 국내에서 가장 많이 채용되고 있는 수차(날개바퀴, 런너) 방식이다. 도너츠형 형상을 채용하고 있으며 원주의 외측 360도에서 물이 흘러 들어와, 중앙의 구멍에서 빠지면서 회전한다. 물의 운동 에너지와 압력 모두를 이용하는 효율이 좋은 수차이다.

도호쿠소수력의 강점은 유체해석 소프트웨어를 활용한 설계방법에 있다. 그러나 실제 기기를 제조한 경험이 없으므로 35년에 걸쳐 수백 개의 설계개발, 제조, 시공, 보수의 실적을 가진 아시노공업과 손을 잡았다. 당사가 설계한 수차의 시작 모델을 아시노공업의 수조에서 검증하고, 성능을 확인하였다. 개발완료 후는 양사의 브랜드로 각각 수차를 판매하는 형태이다. 초고출력의 것이 아니어도 우위성이 있다고 생각된다. 도호쿠소수력과 아시노공업은 개발 중인 프랜시스수차도 순차적으로 고객에게 제공해 나갈 것이다.

현재 아시노공업이 제조하고 있는 수차의 효율은 90~91%이다. 중전(重電)제조사(발전기기 및 송배전 기기, 철도 등 가정용 전기제품과 달리 전력을 사용한 사회 인프라를 제조하는 기업)가 대규모로 제조하고 있는 수차의 효율은 95%이다. 기술개발이 어렵기 때문에 다른 제조사의 수차개량은 한계점에 도달했다고 생각된다. 수차는 낙차와 수량 등 고객의 조건에 따라 설계가 다르다. 중전제조사보다도 저비용으로 수차를 설계, 제조할 수 있다고 생각되며, 도호쿠소수력과 아시노공업의 제품에 경쟁력이 생긴다.

현재 수차의 설계에서는 시제품을 대량으로 만들어 성능을 확인하고, 설계를 개량한다는 방법이 남아 있다. 도호쿠소수력은 CFD(삼차원 흐름해석) 등의 유체해석 소프트웨어를 이용하여 물의 흐름을 흩뜨리지 않고 에너지를 효율 좋게 만들어내는 것이 가능한 날개의 형상과 두께를 설계할 수 있다. 시제품 제작 경비와 개발에 필요한 시간을 절감할 수 있으며, 개발비용을 낮출 수 있다.

도호쿠소수력은 수차의 최적설계를 추진함과 함께 자사의 프랜시스 수차를 이용한 개발사업도 추진한다. 호토케자와타메 저수지(仏沢ため池)에 출력 199kW(유효낙차 27m)의 소수력 발전기를 설치하고, 연간 97만 1,000kWh를 얻을 수 있다. 2억 5,000만 엔을 투자하고 고정가격매수제도(FIT)를 이용하여 연간 3,300만 엔을 얻을 계획이다. 2014년 10월에 착공한다. 그 외에 다른 1개의 안건이 있으며, 호토케자와타메 저수지 또는 다른 1개의 안건이 도호쿠소수력의 초기 발전사업이 될 것이다. 호토케자와타메 저수지 사업은 2015년 4월의 운전개시를 목표로 한다. 앞으로 전국 수개소로의 전개를 목표로 하였다.

(그림) 프랜시스 수차와 발전기(좌)와 날개차(우) 일반적 형상

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 9월 18일]

 

 

「小水力発電で世界最高効率となる95％の水車を2017年3月までに開発し、低コストで供給したい」（東北小水力）。

 

　同社の問題意識は2つある。第1に小水力発電に向く未開発適地が国内に1330万kW分も残されていることだ。これは大型原子力発電所13基分に相当する。小水力発電は長期間、比較的低い管理・運用コストで発電できる。出力に季節変動はあるものの、1日のうちで激しく変化することはない。系統安定化に役立ち、理想的な電力源ということができる。他の再生可能エネルギー同様、国産のエネルギー源であり、エネルギーセキュリティにも役立つ。

 

　第2に現在稼働している1900カ所の水力発電所のうち、同社が狙う規模である出力1万kW未満の設備が1400カ所あること。このうち半数が稼働開始後60年以上経過しており、設備の改修に役立つ改良型水車が必要だ。2030年には全体の7割以上が60年を超えるため、改修市場が拡大していく傾向にある。

 

　新規市場を開拓し、設備の改修に対応するには高効率で低コストな水車が必要になる（関連記事）。新水車を開発するという同社の取り組みの理由だ。

　秋田県に拠点を置く東北小水力は2014年7月、山形県の芦野工業と｢高効率フランシス水車の研究・開発｣について共同研究契約を締結、8月には研究・開発の内容を発表、今後は自社製のフランシス水車を用いた小水力発電所の着工に入る。

 

　フランシス水車は国内で最も多く採用されている水車（羽根車、ランナー）の方式（図1）。ドーナツ型の形状を採り、円周の外側360度から水が流れ込み、中央の穴から抜けることで回転する。水の運動エネルギーと圧力の両方を利用する効率のよい水車だ。

 

　「当社の強みは流体解析ソフトウェアを活用した設計手法にある。しかし、実機を製造した経験がないため、35年にわたって数百の設計開発・製造・施工・保守の実績をもつ芦野工業と組んだ。当社が設計した水車の試作モデルを芦野工業の水槽で検証し、性能を確かめていく」（東北小水力）。開発完了後は両社のブランドでそれぞれ水車を販売する形だ。「最高出力のものでなくても優位性があると考えている。当社と芦野工業は開発中のフランシス水車も順次顧客に提供していきたい」（同社）。

 

　「現在芦野工業が製造している水車の効率は90～91％。重電メーカーが大規模に製造している水車の効率は95％だ。技術開発が難しいため、他メーカーの水車改良は頭打ちだと考えている。水車は落差や水量など顧客の条件によって設計が異なる。大量生産品ではなく、一品一様だ。重電メーカーよりも低コストに水車を設計・製造できると考えており、当社や芦野工業の製品に競争力が生まれる」（東北小水力）。

 

　現在の水車の設計では試作品を大量に作って性能を確かめ、設計を改良するという手法が残っている。東北小水力はCFD（三次元流れ解析）などの流体解析ソフトウェアを用いて、水の流れを乱さず、エネルギーを効率良く取り出すことが可能な羽根の形状や厚さを設計できるという。試作経費や開発に要する時間を節減でき、開発コストを抑えることができる。

 

　東北小水力は水車の最適設計を進めるとともに、自社のフランシス水車を利用した発電事業も進める（図2）。「仏沢ため池」（秋田県美郷町金沢東根、14ha）に出力199kW（有効落差27m）の小水力発電機を設置し、年間97万1000kWhを得るというもの。

 

　2億5000万円を投資し、固定価格買取制度（FIT）を利用して年間3300万円を得る計画だ。「2014年10月に着工する。他にもう1つ案件があり、仏沢ため池かもう1つの案件が当社初の発電事業となる」（同社）。

 

　仏沢ため池の事業は、2015年4月の運転開始を目指す。今後、全国数十カ所への展開を目指すとした。

 

[원문출처 : http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1409/18/news092.html]