[일본] 농업용수로 및 사방댐에서도 수차를 회전
2050년까지 재생가능 에너지를 900MW까지 확대할 계획인 나가노현(長野県)에서는 태양광, 소수력, 바이오매스 등의 도입량을 확대해 나갈 예정이다. 특히 소수력발전은 전극 1위의 2050년까지 재생가능 에너지를 900MW까지 확대할 계획인 나가노현(長野県)에서는 태양광, 소수력, 바이오매스 등의 도입량을 확대해 나갈 예정이다. 특히 소수력발전은 전극 1위의 도입량을 자랑하고 있으며, 2050년까지 발전량에서 태양광을 상회할 것으로 예상된다. 국가 및 현, 마을과 민간기업도 연대하여 수력자원의 활용을 추진해 나간다.
나가노현 내에는 대소를 합쳐 200군데의 수력발전 설비가 가동하고 있어 발전능력을 합계하면 160만 kW를 넘는다. 도쿄, 츄부, 칸사이의 3개 전력회사와 나가노현의 기업국이 운영하는 수력발전소가 대부분을 차지한다. 이 막대한 규모의 수력발전에 추가로 태양광, 소수력 바이오매스에 의한 발전설비를 2050년을 향해 확대시킬 계획을 추진 중이다.
계획대로 진행하면 2030년에는 기존 수력발전과 신규 재생가능 에너지만으로 현내의 전력수요를 100% 커버할 수 있다. 그리고 2050년에는 태양광, 소수력 및 바이오매스를 합하여 90만kW의 규모로 확대하여 수요를 대폭 상회하는 공급력을 화력 및 원자력에도 의존하지 않는 형태로 실현하는 것이 목표이다.
2050년 시점에 태양광이 60만kW, 소수력이 14만kW, 바이오매스가 11만kW의 순서가 된다. 이 중 소수력발전의 설비 이용률(발전능력에 대한 실제 발전량)은 표준으로 60%를 넘어 태양광발전의 5배 이상이 되므로 발전량에서는 소수력이 최대 전력원이 될 가능성이 크다.
나가노현 중부를 흐르는 아즈사가와(梓川)의 강변에는 국영 농업용수로를 활용한 “쭈우신다이라(中信平) 소수력발전소”가 2013년 6월부터 가동한다. 아즈사가와에서 주변의 밭으로 물을 공급하기 위하여 용수로에 취수구를 만들어 거기에서부터 유입된 수류로 발전하는 구조이다. 농업용수로는 경사가 완만하므로 수류의 낙차는 적다. 그래서 취수구에서 하류의 발전소까지의 거리를 길게 하면 7.3미터의 낙차를 만들어낸다. 그리고 “S형 튜블러 터빈”으로 불리는 타입의 터빈발전기를 채용하여 수류의 낙차를 만들기 쉬운 구조의 설비로 하였다.
이렇게 하여 터빈발전기 안에 매초 1만 1000평방미터에 이르는 물을 흘려 499kW의 전력을 만들 수 있다. 연간 발전량은 340만kWh가 되어, 일반가정 950세대분의 전력사용량에 상당한다. 발전한 전력은 중부전력에 판매하여 농업용수로의 설비 유지비의 경감에 노력하는 것이 목적이다.
나가노현 내에는 현영의 수력발전소가 14개소이다. 터빈용으로 만든 댐의 수류를 살린 것이 많으며 1979년에 운영을 시작한 “오쿠스소하나(奥裾花) 발전소”도 댐의 직하에 설치한 수력발전소 중 하나이다. 낙차 53미터의 수류로 1700kW의 전력을 공급하는 능력이 있다. 이 발전소 옆에 “오쿠스소하나 제2발전소”를 신설하는 계획을 추진하고 있다. 기존에 설치된 취수관을 이용하는 방법으로 980kW의 발전이 가능하게 될 것으로 예상한다. 연간 발전량은 557만kWh가 되며, 전력판매 수입은 1억 6100만 엔을 예상한다.
발전소의 유지관리에 연간 6,900만 엔이 소요되므로 예상하는 수익은 9,200만 엔이다. 고정가격매입제도를 적용할 수 있는 20년간의 누계에서는 18억 4,000만 엔의 수익을 얻을 수 있을 것으로 예상한다. 건설비인 7억 7,000만 엔을 빼도 20년간 10억 엔 이상의 이익을 벌 수 있다. 나가노현에 있어서 귀중한 수입원이 될 것이다.
소수력발전의 노력은 현만이 아닌 규모가 작은 촌에서도 시작되었다. 나가노현의 북동부에 있는 인구 7,000명인 다카야마촌(高山村)이다. 촌내에 있는 “다카이 사방댐”을 개조하여 소수력발전소를 건설한다.
사방댐에는 물만이 아닌 토사가 대량으로 쌓여 있다. 그 때문에 댐의 제방에 구멍을 내서 취수설비에 물을 유입시키고, 설비 내의 침사지에서 토사를 빼낸 후 댐의 직하에 있는 터빈발전기까지 물을 보낸다. 수류의 낙차는 36미터로 발전능력은 420kW가 된다. 운전개시는 2015년 9월 예정이다. 연간 발전량은 270만kWh를 예상한다. 일반가정 750세대분에 상당하는 규모가 되며, 다카야마촌의 총 세대수(약 2400세대)의 30%를 커버할 수 있다. 지금까지 고정가격매입제도의 인정을 받은 설비 규모에서 나가노현의 소수력발전은 전국에서도 제1위이다. 새롭게 건설 중인 프로젝트가 현내 각지로 전개되어, 당분간 1위를 유지할 것으로 생각된다.
(그림 1) “쭈우신다이라 소수력발전소”의 전체
(그림 2) “쭈우신다이라 소수력발전소”의 터빈발전기
(그림 3) “오쿠스소하나 제2발전소”의 건설예정지
長野県内には大小を合わせて200カ所に迫る数の水力発電設備が稼働していて、発電能力を合計すると160万kWを超えている。東京・中部・関西の3電力会社と長野県の企業局が運営する水力発電所が大半を占める。この膨大な規模の水力発電に加えて、新たに太陽光・小水力・バイオマスによる発電設備を2050年に向けて拡大させる計画を推進中だ（図1）。
図1 再生可能エネルギーの導入目標。出典：長野県環境部
計画通りに進むと、2030年には既存の水力発電と新規の再生可能エネルギーだけで県内の電力需要を100％カバーすることができる。さらに2050年には太陽光・小水力・バイオマスを合わせて90万kW（＝900MW）の規模に拡大して、需要を大幅に上回る供給力を火力にも原子力にも依存しない形で実現する狙いだ。
2050年の時点では太陽光が60万kW、小水力が14万kW、バイオマスが11万kWの順になる。このうち小水力発電の設備利用率（発電能力に対する実際の発電量）は標準で60％を超えて太陽光発電の5倍以上になることから、発電量では小水力が最大の電力源になる可能性が大きい。
長野県の中部を流れる梓川（あずさがわ）の川岸では、国営の農業用水路を活用した「中信平（ちゅうしんだいら）小水力発電所」が2013年6月から稼働している。梓川から周辺の田んぼに水を供給するための用水路に取水口を設けて、そこから取り入れた水流で発電する仕組みだ（図2）。
図2 「中信平小水力発電所」の全体。出典：農林水産省関東農政部
農業用水路は傾斜が緩やかなために、水流の落差は小さい。そこで取水口から下流の発電所までの距離を長くとって、7.3メートルの落差を作り出した。さらに「S型チューブラ水車」と呼ぶタイプの水車発電機を採用して、水流の落差を生かしやすい構造の設備にした（図3）。
こうして水車発電機の中を毎秒1万1000立方メートルにのぼる水が流れて、499kWの電力を作ることができる。年間の発電量は340万kWhになり、一般家庭で950世帯分の電力使用量に相当する。発電した電力は中部電力に売電して、農業用水路の設備維持費の軽減に役立てる狙いだ。
図3 「中信平小水力発電所」の設備（上）、水車発電機（下）。出典：農林水産省関東農政部
長野県内には県営の水力発電所が14カ所にある。治水用に造ったダムの水流を生かしたものが多く、1979年に運転を開始した「奥裾花（おくすそはな）発電所」もダムの直下に設置した水力発電所の1つだ。落差53メートルの水流で1700kWの電力を供給する能力がある。
この発電所の隣に「奥裾花第二発電所」を新設する計画が進んでいる（図4）。既設の取水管を利用する方法で980kWの発電が可能になる想定だ。年間の発電量は557万kWhになり、売電収入は1億6100万円を見込んでいる。
発電所の維持管理に年間で6900万円かかるため、想定する収益は9200万円である。固定価格買取制度を適用できる20年間の累計では18億4000万円の収益を得られる見通しだ。建設費の7億7000万円を差し引いても、20年間に10億円以上の利益を稼ぎ出すことができる。長野県にとっては貴重な収入源になる。
図4 「奥裾花第二発電所」の建設予定地。出典：長野県企業局
小水力発電の取り組みは県ばかりではなく、規模の小さい村でも始まっている。長野県の北東部にある人口7000人の高山村だ。村内にある「高井砂防ダム」を改造して小水力発電所を建設する。
砂防ダムには水だけではなく土砂が大量に溜まっている。そのためダムの堰堤に孔を空けて取水設備に水を取り込み、設備内の沈砂池で土砂を取り除いてから、ダムの直下にある水車発電機まで水を送り込む（図5）。
図5 「高井砂防ダム」（左）、「高井発電所」の設置イメージ（右）。出典：日本工営
水流の落差は36メートルで、発電能力は420kWになる。運転開始は2015年9月の予定だ。年間の発電量は270万kWhを想定している。一般家庭で750世帯分に相当する規模になり、高山村の総世帯数（約2400世帯）の3割をカバーすることができる。
この発電事業は電力コンサルティング会社の日本工営が高山村と共同で運営する体制をとる。県が管理する砂防ダムを利用して、官民連携で地域の再生可能エネルギーの開発に取り組む計画だ。
これまでに固定価格買取制度の認定を受けた設備の規模では、長野県の小水力発電は全国でも第1位である（図6）。新たに建設中のプロジェクトが県内各地に広がって、当分のあいだトップの座が揺らぐことはなさそうだ。
図6 固定価格買取制度の認定設備（2013年12月末時点）
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