テクノロジー・イノベーションセンター

以前ご紹介したダイキン工業のマイクロ水力発電システム（※1）。新規事業として同社の総合力を結集したテクノロジー・イノベーションセンター（TIC）初のプロジェクトだ。本記事では、そのシステムをさらに改良し、エネルギー効率を高めた低落差水車／低落差タイプについて紹介しよう。本発電システムの普及に向けて、設計・施工などのビジネス展開を推進するTIC発のスタートアップ　DK-Power（※2）の安井義貴氏、 流体設計を担当するTICの丸山要氏、本プロジェクトを取りまとめている同 山本直樹氏に話を聞いた。

――お三方のこれまでのご経歴について教えて下さい。

丸山：私は2011年に新卒で入社し、エアコンに使われる送風機の研究開発に従事してきました。流体設計の知識を生かし、送風機と並行してポンプや水車も開発してきました。

山本：私は2019年からの転職組になります。転職前は、火力発電や原子力発電向けのタービン発電機の開発に9年ほど携わっていました。2011年に東日本大震災が起きて、原子力発電事業が厳しい状況となり、さらに2015年のパリ協定の影響を受けて火力発電事業にも厳しい状況になる中で、再エネに興味をもつようになりました。そんな中、ダイキンが今回のマイクロ水力発電システムの開発者を募集していたので、これまでの経験生かしマイクロ水力という新たな分野でチャレンジしてみたいと思いジョインすることにしました。

安井：私は2006年に入社しました。大学時代は建築系の研究室で、結露や湿気の研究を行っていました。省エネ設計をより深めたいと思い、ダイキンでゼロエネルギービルディングや再生可能エネルギーの研究を行いました。その後、マイクロ水力発電システムの事業化にめどが立ったことでDK-Powerを立ち上げ、設立当初より事業化に携わってまいりました。現在はDK-Powerの技術全般の責任者です。水道局の条件に合う発電システムの設計を行い、水道局への導入提案や発電所の建設、発電開始後の維持管理など発電事業全般を行っています。

――低落差水車／低落差タイプのマイクロ水力発電システムを開発することになった経緯について教えて下さい。

山本：水力発電システムでは、水の落差と流量の掛け算で出力エネルギー（発電量）が決まります。落差が大きいほど、あるいは水量が多いほど出力が大きくなります。従来は落差が大きく、流量が少ないところで発電し、22kWと75kWの出力を得ていました。というのも、それまで利用していた汎用ポンプを逆回転させて使う「ポンプ逆転水車」では、落差が小さく、流量が多い場合には仕様的に運転できなかったからです。そこで新たな水車を開発して市場ニーズに応えようとしていました。

通常の設計ではポンプ内の流路は水平で、その流れに沿ってシステムを設置するのですが、ここでは内部で流路を曲げ、水平方向から垂直上向きに一度水の流れを変えた後に、下側に水を落としてプロペラ水車を回す構造にした点が、従来との大きな違いです。流路を縦軸にすることで効率よく水を流せるように工夫し、システムの設置スペースが小さくなるようにました。

数千ものシミュレーション結果から導いた高効率のプロペラ水車

――一度水を上げるために流路を曲げると、そこで圧力損失が発生してエネルギーロスにつながらないのでしょうか？

丸山：もちろん曲がった管内を水が通るため圧力損失は起きます。しかし、それよりも軸流が曲がりながらプロペラ水車に当たって、偏流を起こしてしまうほうが大きな問題になりました。その偏流をなくすために、曲げた管に水が入る前に「ガイドベーン」を取り付けて整流化したことが大きなポイントですね。

また、エネルギー効率を高めるプロペラ水車の設計にも工夫を凝らしました。初めての設計だったので、大規模なパラメータスタディを実施し、繰り返しシミュレーションを行って、2000～3000のパターンから最も性能の良いものを見つけ出し、一発でプロトタイプを製作しました。

 

 

――さらに何か工夫された点はありますか？

山本：コスト面でいうと、ケーシングについては、既存の規格化されている配管を組み合わせて設計しています。これにより安価に製作できるようになりました。先ほどの曲がった配管も規格品です。意外に難しかったのは、組み立てを簡単にする構造でした。いくらシミュレーションでうまくいっても、やはりモノとして具現化するには大変でしたね。

実際の水道施設への導入も大成功、全国展開を目指す

※記載内容とプロフィールは取材当時のものです。

※1. これがダイキンの総合力　TICで初めて事業として結実したマイクロ水力発電システム

 

※2. 企業情報

※3. 内閣官房水循環政策本部事務局