小規模水力発電

蒸気以前は、川沿いの工場が水を労働に変えていた。 彼らの堤防や運河の多くは今もそこにある。 水力発電は地球上で最大の再生可能エネルギー源であり，2023年には世界の電力の約15％を占める。水力発電). ここでは，この規模の反対側である数キロワットから数メガワットのタービンを小川や古い工場堤防，灌漑用水路，都市へ飲料水を運ぶ管などに設置する方法について述べた。

As on our Fan Wall research page, we start with the physics, then look at what real schemes measure and what they cost against our benchmark, a rooftop solar panel at about $0.19 per kWh. 簡単に言うと，小型水力発電は実証されており，長寿命で夜間運転が可能であり，良いサイトでは屋上ソーラーを快適に打ち負かすことができる。 しかし，電力は単に流量が減少するだけであり，ほとんどの河川や管路は数ｋＷ程度しか提供できず，許可，土木工事および魚類保護の固定費用が多くの小規模な計画を沈めている。 水力発電の場合，圧力が流出するときに，パイプ内水力発電を行う。

何だ？

「小型水力」は、通常10MWまでの小型、国によっては1MWまたは500kW以下のミニ、100kW以下のマイクロ、5〜10kW以下のピコ（小型水力；マイクロ水力）の大きさで分類される機械を含む。 ほとんど全部が 流れの川水力発電のために，低水位堤防を建設する場合，水路の下流側にある水田や農地などの水源を利用することができる。

管内水力 既存の水道インフラにタービンを設置します 貯水池から下りる水道管、家庭へと到達する前に圧力を切るバルブ、 滴下式灌漑運河、処理工場の排水口などです 新しいダムや新しい川越えはないので、アメリカ合衆国は2013年に5MWまでの管路プロジェクトを連邦許可から除外した。

仕組み

The one equation. A hydro turbine turns the potential energy of falling water into electricity. The power is P = ρ × g × Q × H × η, where ρ is the density of water (1,000 kg per cubic metre), g is gravity (9.81 m/s²), Q the flow in cubic metres a second, H the head, or height the water falls, in metres, and η the efficiency of turbine, generator and pipework together. Put plainly: every cubic metre a second falling one metre carries 9.81 kW. また，大型タービンは90％以上を変換し，小型タービンは50〜85％を変換する。マイクロハイドロ).

Head and flow trade places. A mountain stream with a trickle of flow and a 100 m drop can deliver the same power as a lowland river with a hundred times the flow over a 1 m weir. タービンは，次の場所に従う。

• 高出力低流量 ペルトンとターゴのホイールが水噴流にぶつかりました
• 中頭また，フランシスタービンの特徴を述べた。
• Low head, high flow (1 to 10 m): Kaplan propellers and Archimedes screws, which turn slowly, pass debris and are gentler on fish.
• 管内特殊なインラインタービン，あるいは標準ポンプがタービンとして後方に走行する低コストオプションが広く使用されている。

Pressure is head. In a pipe, height shows up as pressure: one bar equals about 10.2 m of head. それがパイプ内水力発電の鍵だ 都市では，水道を数バールに保つ。 減圧弁 余分な熱と騒音を排出します 回収は，その弁の代わりにタービンを設置して行う。 The explainer’s “valve in a water main” example, 0.3 cubic metres a second across 3 bar, is about 60 kW that is otherwise wasted.

無料の昼食はパイプにはない。 タービンは下流に必要でない圧力しか取れない。 タービンをパイプに入れると 圧力が必要なので 消費者からの電気を奪うか ポンプを働かせる 従って，良好な管内サイトは特定のものである：余剰圧力を持つ重力主流，十分に大きな流量，安定した使用。 One developer’s own site criteria were pipes of 0.6 to 2.4 m in diameter, flow speeds of 0.9 to 3.7 m/s and at least 5 psi (0.34 bar) of surplus pressure (Lucid Energy, archived).

容量因子は河川から来る。 川は季節によって上下するので、計画では魚や他のものに十分な水を残さなければならない。 Ｓｅｔｔｌの50ｋＷスクリューは38％の容量係数で動作し，乾季には水が魚道を通って流れ続けるために自動的に停止する。

理論的・実用的限界

物理学 流れのエネルギーは，流量と滴の積に等しい。 A garden stream with 10 litres a second falling 5 m gives about 0.3 kW, enough for lights and a fridge but not a home’s heating. 水道主弁は，数十ｋＷの電力を発生する。 これは小規模な施設の正直なスケールである。 キロワットではなく、メガワット。

固定費用 20ｋＷの計画では，500ｋＷとほぼ同じ調査，環境研究，許可，魚類保護，電力網接続および法的作業が必要である。 これらのコストは大きさと共に縮小しないので，最小スキームがｋＷｈ当り最も高いことが多い。

環境 堤防は魚の移動を妨げ，タービンは魚に害を与える。 また，漁船のスクリューからの騒音を疑った。セトル・ハイドロ). 多くの国では小規模計画に対して完全な環境評価を要求しないため，ある地域で不適切なプラント設置（小型水力発電）が生じている。 良いプロジェクトは，川に十分な水を残し，魚を両方向に通すこと，そして監視することである。

水の安全性 飲料水管内のタービンは人が飲む水に触れる。 水道管は，飲料水との接触に対して認証され，空気や汚染物質を入れないこと，安全な故障が必要であるため，公共事業者は主電線について軽率に実験しない。

^ 「リブル川のセッツル・ハイドロ：2009年以来地域社会が所有する古いミル堤防に50kWスクリュー式発電機。 写真：RHaworth、CC BY-SA 2.0）

実際のプロジェクト、測定

プロジェクト	どこ	種類・サイズ	測定されたものまたは報告されたもの
セトル・ハイドロ	リブル川	工場堰のアルキメデスねじ50kW	Generating since November 2009; about 165 MWh a year (38% capacity factor); £410,000 raised through community shares; operators report fewer salmon upstream and suspect screw noise (Settle Hydro)
トーアス・ハイドロ	ゴイト川	アルキメデス螺旋直径2.4m、最大63kW	The UK’s first community-owned hydro scheme, handed over in September 2008; £100,000 raised from 200 community members (Torrs Hydro)
ポートランド水道局	ポートランド	重力給水大型水路内の直列タービン	市内の水道管に設置され，2015年初頭までに発電を開始した。オレゴン州エネルギー省; ^ 2015年のニュース開発者のウェブドメインは2022年までに販売される予定である。アーカイブページ).
北ユニット灌漑地区	マドラス近郊	灌漑用水路上のダクト水力（ナテルエネルギー）	運用中の管路プロジェクトの一つは オレゴン州エネルギー省によってリストされている。オレゴン州エネルギー省)
アメリカ合衆国の運転免除	アメリカ合衆国	管道	2013年までに 連邦規制当局が 236の管路プロジェクトを認可しました管水力発電)
中国の小規模水力発電	中国の農村	約45,000の小さな植物	2010年までに年間約160ＴＷｈを生産する予定であり、その多くは電力網がない村々に供給される。小規模水力発電)

これらのプロジェクトから得た教訓は一貫している。 既に水頭，流れ，構造が存在するところでは，数十年間小規模な水力発電所が稼働しており，産業革命時代のミル堤は再び発電している。 資源が乏しいとき，どんなに賢いタービンであっても出力は小さい。 特に，管内水力発電は熱狂的な報道を受けており，公表された測定値も少ない。

どれだけかかる？

ソース	何だ？	価格
マイクロハイドロ、典型的な設置費用	$1,000 to $5000kWマイクロハイドロ)
計算結果から	容量率40〜60％，実効20年7％，保守費3％／年（ファンウォール法）	$0.02 to $0.18キロワット時
計算は　ハイドロの解決だ	£410,000 for 165 MWh a year, 20 to 40 years at 7% real, 3% maintenance	about £0.26 to £0.31 per kWh
私たちのベンチマーク	建物上の屋根上ソーラー，ファンウォールモデル；Lazard 2026商業及びコミュニティソーラー	$0.19 per kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	新しいユーティリティソーラー/オンショアウィンド	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10キロワット時

サイトが広いので範囲は広い。 A good high-head site with an existing intake can make electricity for a few cents per kWh, far below rooftop solar, and keep doing it for fifty years. A small low-head community scheme with full fish protection, like Settle, costs more per kWh than rooftop solar on our standard assumptions; such schemes are usually justified by long life, local ownership, output at night and in winter, and support tariffs. 管内水力に対しては，今日のバルブで破壊されている過剰圧力があるかという問題がより単純である。 もしそうなら、回収する価値がある。

勝てる場所と 負けられる場所

勝ち取れるものは

• Existing weirs and mill sites, where the civil works were paid for a century or two ago.
• 水道事業 重力主流と貯水池の出口と 減圧弁で毎時 圧力を落とす
• 滴灌下水処理場の排出物を含む
• 電気を使わない山村これは，ディーゼルよりも安価に昼夜を問わず電力供給できるマイクロ水力ミニグリッドである。
• 夜冬力 太陽光発電がほとんどない場所で

勝てない

• 平坦な地域で小さな川がある頭や流れがないとパワーはありません
• In pipes that need their pressure, where a turbine only moves the energy bill from one meter to another.
• 新しい堤防が魚に害を与えるところ 彼らにとって重要な川で 危害が回避されて見せられない限り
• グリッド上のピコスケールで固定費用がエネルギーを凌駕するのです

証明されたもの、可能性のあるもの、推測的なもの

テスト済み: 水力発電の方程式、タービン効率、 小規模な水力計画が数十年間低コストで運転できること、 アルキメデスねじと従来のタービンが古い堤防で動作すること、 コミュニティ所有権が小規模な計画を資金提供できること、 管路プロジェクトが水や灌漑システムで運営されていること。

可能性: 多くの水道事業者はバルブと貯水池出口に十分な余剰圧力を持ち 各地点で有効なキロワットを生み出す 標準的なポンプがタービンとして動作すると

推測: 過剰圧力のない普通配管内のインパイプタービン（エネルギーはどこからか来なければならない）、水位の低い国におけるマイクロ水力発電による大規模な国民貢献、通常の土木工事や許可を要しない非常に安価な「プラグイン」河川タービン。

開放的な研究課題

• 過剰圧力のマッピング 水道網がバルブで消費するエネルギーは，場所ごとにどれだけであり，日々や年間を通じてどの程度安定しているか。
• コントロール 需要変化にもかかわらず，バルブを置き換える程度の安定した下流圧力を維持するタービン。
• 魚だ タービン設計とスクリーンのどれが魚を両方向に低損傷で通過させるか，測定したのではなく仮定した。
• 費用 標準化された小規模計画で，土木工事が少なく，既に堤防を有する場所のための許可が簡単になった。
• 熱と電力 河川と水道はヒートポンプのための安定な熱源である。

実用的なプロトタイプには

水，パイプ，メータは日常のものであるため，小規模な水力発電のアイデアは正直に試験するのが最も簡単なものの一つである。 下記の費用は我々の粗い推定値です。

ステージ	ワーク	証明する事は	粗費	タイム
1.ベンチリグ	測定流量（流量計）と圧力（前後ゲージ）を持つポンプループまたはヘッダタンク，ログされたパワーメータを通して負荷バンクを駆動するタービン	流量と水頭に対する効率	$5k to $30k	1ヶ月から3ヶ月
2）実現した試験場の概要	1〜20kWの小川・農管・公共事業用バルブバイパス上に設置し，必要なとき水質保全を行い，季節的に伐採する。	変化する流量，デブリ，保守に対する実際の出力	$20k to $150k	6ヶ月から12ヶ月
3．ユーティリティ・コミュニティーパイロット	必要に応じて、電力網接続・魚類監視・飲料水認証を行う許可設備	年間の銀行可エネルギー、許可、費用	$100k to $1 million	1年から2年

ステージ1は学校やメイカースペースの手の届くところにある。 また，ピッチに必要な証拠も正確に示している：タービン，測定された流量，測定された降水量，そして発電した電力を示すメータ。

誰が必要なのか

• 水力学者 場所評価とタービンの選択に役立ちます
• 水道技術者 どこが圧力が下がるか ネットワークの動きを知っている人たちです
• 水産生物学者 魚の通り道を設計し監視するために使われています
• 電気工学者 電力網への接続や小規模な島式発電所にも使えます
• 土木技術者 水路や堤防、スクリーンなどに使われています
• コミュニティエネルギーグループ 堤防や工場、農場のパイプラインを持つ土地所有者です
• 飲料水認証専門家 飲み水の中にあるものは何でも

もっといい考えは？

財団のメンバーは ピッチを聞く人がいるかもしれない アイデアをピッチするには 実際に電力を生み出すまた，計器で測定した出力を主張しない：流量計，圧力計，記録電力計を備えた試験台上のタービンはどんな図面よりも価値がある。 論文のアイデアも歓迎する。物理学と数値が確実なら、ここでウェブサイトに公開できる。 しかし，実用的なモデルがないと資金調達は非常に困難であり，ここでは資金調達やリターン，導入の約束など何もない。

あなたのアイデアを 寄付書類グリーン・イニシアティブを選んだのです Tell us the flow and head it works with, the efficiency you measured or expect, a rough cost per kWh, and the cheapest test that could prove it wrong. The energy sources page compares small hydro with eleven other ideas.

ソース

1. 水力発電また，ウィキペディア：世界電力の割合とタービン効率についても述べた。
2. 小規模水力発電国際連合工業開発機構の 世界小型水力発電開発レポート2022.
3. マイクロハイドロまた，ウィキペディア：サイズクラス，効率，設置コストについても述べた。
4. 管水力発電ウィキペディア
5. Hydropower Regulatory Efficiency Act of 2013, Wikipedia; text at congress.gov.
6. セトル・ハイドロ それに トーアス・ハイドロウィキペディア
7. オレゴン州エネルギー省 オレゴン州の水力発電これらの計画は，ポートランドやノースユニット灌漑地区における管路プロジェクトを含む。
8. ルシッド・エネルギー Target projects (archived 2021) and lucidenergy.com (archived 2022).
9. 流水発電季節性と環境影響についてのウィキペディア記事を紹介した。
10. Ofgem (2023). Typical domestic consumption values: 2,700 kWh of electricity a year for a medium user.
11. Lazard (June 2026). Levelized Cost of Energy+, version 19.
12. Local Solar System ファウンデーション The Fan Wall: open model and benchmark, rooftop solar at $0.19 per kWh.