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2014/03/28

水力発電：全国で2万を超える候補地、発電コストは火力の2倍【スマートジャパン】

日本の再生可能エネルギーの中で導入量が最も多いのは水力発電だ。大規模なダムを使った旧来型の発電設備に加えて、農業用水路などを活用した小水力発電が活発になってきた。全国各地に導入可能な場所は2万以上もある。ただし発電コストが高めで、今後の拡大ペースを左右する。
[石田雅也，スマートジャパン]

水力発電は純国産のエネルギーである。しかもCO2を含めて有害物質を排出しない。日本の狭い国土の中には大小さまざまな河川や用水路が流れているが、発電用に使っているのは一部に過ぎない。それでも大規模なダム式や揚水式の発電所を中心に、国内の電力の1割近くを供給している（図1）。

今後は環境破壊につながるダムを造る方式ではなくて、全国に無数にある既存の水路を生かした水力発電が拡大していく。特に出力が1000kW以下の小水力発電が有望だ。小水力発電は過去10年間に少しずつ増えてきた（図2）。そして2012年7月の固定価格買取制度を機に、全国各地で導入プロジェクトが進んでいる。

すべての場所で発電すると原子力の14基分

固定価格買取制度が始まってから1年半のあいだに、すでに33カ所の水力発電設備が運転を開始した。このほかに69カ所の発電設備が国の認定を受けて、2014年度中に発電を開始する見込みだ。合計して102カ所の設備の発電規模は24万kWになり、年間の発電量は一般家庭で36万世帯分にのぼる。

全国各地には水力発電を導入できる場所が数多く残っている。環境省が2011年に調査した結果では、出力3万kW未満の水力発電設備を導入可能な場所は2万以上にのぼり、すべての設備が発電すると1400万kWにもなる（図3）。大規模な原子力発電の14基分に相当する。

地域別に見ると、特に集中しているのは東北から北陸で、さらに甲信越と中部にまたがる広い一帯に候補地がある（図4）。西日本でも関西・中国から四国・九州までの山間部を中心に有望な地点が数多く分布している。

発電コストは海外と比べて3倍も高い

膨大なポテンシャルがある水力発電の今後を左右するのは発電コストである。環境省が2011年に調査した時点では、1kWhあたりの発電コストは 設備の規模によって大きく変わる。出力が1万kW以上の大規模な設備の場合には平均して10円程度とガス火力並みだが、1000kW以下の小規模な設備に なると20円を超えるケースが多い（図5）。

再生可能エネルギーの中では、太陽光やバイオマスよりは低いものの、風力や地熱よりは高めだ。海外の水力発電のコストと比べると3倍くらいの開きがある （図6）。それを前提に現在の買取価格は1kWhあたり24～34円（税抜き）に設定されているが、制度の開始から4年目の2015年度以降は引き下げら れる可能性が大きい。

10年間で新たに150万世帯分の電力

水力発電のコストダウンはどのくらい可能なのか。太陽光をはじめ再生可能エネルギーの発電設備は、市場の拡大に伴って製造量が増えて価格が低下し ていく。ところが水力発電のうち規模が小さい設備になると、設置する場所によって最適な構造の水車を選ぶ必要がある。代表的な水車の方式だけでも10種類 くらいある。ほかの再生可能エネルギーと比べてコストダウンを図りにくい状況だ。

今後の買取価格と発電コストの推移によって、水力発電の導入量は大きく違ってくる。環境省は2050年に向けて3つのパターンのシナリオを想定し ている。最高のケースでは発電可能な約1400万kWがすべて実現する一方で、最低のケースでは10年間に50万kWずつしか増えていかない（図7）。

実際には2012年7月～2013年12月の1年半で24万kWの発電設備が買取制度の認定を受けていることから、10年間で50万kWの規模は相当に 低いレベルと考えられる。中間のシナリオを想定すると、2020年までに200万kW、2030年までに400万kWが新たに運転を開始する。10年ごと に150万世帯分の電力が追加されていくことになる。クリーンなエネルギーを着実に増やす手段として、水力発電に取り組む意義は大きい。

2014/03/28

落差を捜して99カ所目、広島県で水路式水力発電【スマートジャパン】

勾配が急な水路は小水力発電の設置に適している。中国電力は既存の分水路のうち、勾配が急な部分を探し、建設コストを抑えつつ、発電量を最大化できる立地を求めた。広島県北広島町である。
[畑陽一郎，スマートジャパン]

水力発電所を低コストで開発するには未利用エネルギー（落差）を探し、既存の設備を活用しつつ、新設しなければならない設備を簡素化する。中国電力はこのような方針に従って、新たに水路式の水力発電所を立ち上げる。出力430kWの「芸北（げいほく）発電所」（広島県北広島町）は同社の99カ所目の水力発電所となる予定だ（図1）。

2014年3月24日、中国電力は北広島町に建設計画を説明。順調に進めば、2014年6月に着工し、2016年3月に運転開始が可能だ。年間発電量は約223万kWhであり、一般家庭約600世帯の年間使用電力量に相当する規模である。

図2には芸北発電所の周辺の川とダムの分布を示した。地図の一辺は約10kmだ。左上の大佐川に掛かる大佐川分水ダムからは、北東の滝山川に向かって点線が伸びている。大佐川分水路だ。これを活用する。

大佐川の方が、滝山川よりも高い位置を流れているため、分水路の水は滝山川に向かって流れ下っている。

図2　芸北発電所の周辺　出典：中国電力

図3上は、大佐川分水路（点線）と新設する水圧管路（赤線）の配置を示したもの。既存の分水路を途中まで利用しつつ、赤字で示した取水口と水槽、芸北発電所を新設する。

なぜ途中まで既存の分水路が利用できるのか。その疑問に答えるのが図3下だ。大佐川から県道11号までは落差があまりないため、水圧管路を新たに建設する意味が薄い。

県道11号を超えると分水路の勾配がきつくなる。この位置エネルギーを取り出したい。そこで県道11号と滝山川の間を新たに水圧管路で結ぶ。未利用落差のうち、有効落差27.5mを確保できる。最大使用水量は2.0m3/秒である。