小規模水力発電

小水力発電とは、従来の大規模水力発電に比べて小規模な水力発電のことです。正確な定義は国によって異なりますが、小水力発電（SHP）プロジェクトは通常50メガワット（MW）未満で、規模によって「ミニ」（500kW未満 ）、「マイクロ」（100kW未満 ）、「ピコ」（10kW未満 ）にさらに細分化できます。^{[ 1 ]}最大発電容量がSHP分類の主要な要素です。ダムの高さ、堰の高さ、貯水池の面積、放水構造物、運転手順などの要素は、この指標の下では標準化されていません。

SHPプロジェクトは過去20年間で急速に成長しました。迅速な許可プロセスにより、開発が容易になり、地域電力網における分散型発電に貢献することができます。小規模水力発電プロジェクトは、国の電力網から供給するには経済的に不利な孤立した地域、または国の電力網が存在しない地域に建設されることがあります。これらは地域社会の使用に適した規模で発電し、エネルギーの自立を促進します。農村地域では、政治的な焦点の欠如、正確なデータ、持続可能な資金調達の欠如により、SHPの統合に課題があります。^{[ 2 ]}

小規模水力発電の正確な社会環境への影響はまだ十分に理解されていません。多くの国では、小規模設備に対する環境影響評価は義務付けられていません。^{[ 3 ]}

「小水力発電」という用語の使い方は世界中で大きく異なります。インドでは、最大25MWの容量を持つ水力発電プロジェクトは、小水力発電（SHP）プロジェクトに分類されます。^{[ 4 ]}カリフォルニア州では、最大容量が30MW未満の水力発電所は小規模と分類され、州の再生可能エネルギーポートフォリオ基準に含める資格があります。^{[ 5 ]}最大制限は通常10～30MWの間ですが、カナダ、中国、パキスタン、米国では50MWまで引き上げられています。

同様のエネルギー容量を持つ水力発電プロジェクトには、さまざまなプロジェクト設計が採用できます。一部の小水力発電プロジェクトは、流れ込み式システムを採用しています。^{[ 6 ]}アイアンゲートダムなどの他のプロジェクトは、貯水池に伴う欠点を抱える貯水システムを採用しています。投資家、環境保護主義者、政策立案者にとって、小規模水力発電プロジェクトは、建設後の予測利益が小さく、生態系への影響が少ない場合に最も実現可能であると考えられています。^{[ 7 ]}

メリットとデメリット

小規模水力発電の主な利点としては、建設コストが低いことと、中央集権型の電力網から独立して運用できることが挙げられる。一方、小規模水力発電開発における論争点としては、環境正義、規制監督、環境影響などが挙げられる。

電力供給が不十分な多くの地域では、小規模水力発電が分散型電力の信頼できる供給源となる。小規模水力発電プロジェクトは必ずしも政府の多大な支援を必要とせず、ガバナンスのギャップにより比較的容易に建設できる。^{[ 8 ]}これらの政策上のギャップを考慮すると、再生可能で気候変動緩和戦略としての小規模水力発電は、地域社会を考慮した政策がない場合、地域住民の生活に悪影響を与える可能性もある。^{[ 9 ]}

小規模水力発電プロジェクトの環境への影響は十分に研究されていない。流れ込み式設計のプロジェクトでは、水系への最大の害は、流量レジームの変化、河川の結束と連結性の喪失、魚類や大型無脊椎動物に影響を与える生息地の劣化である。^{[ 10 ]}

2005年から2010年にかけて、中国は中国村落電化計画の下でさらに1万の村を電化する計画を立て、小水力発電と太陽光発電へのさらなる投資も行った。^{[ 11 ]} 2010年までに、中国には4万5000の小水力発電設備があり、特に農村部に集中しており、年間160テラワット時を発電している。^{[ 12 ]}世界の小水力発電の潜在力の50%以上がアジアで発見されたが、ある報告書では「将来、アフリカ大陸とアメリカ大陸の両方で、より多くの小水力発電の潜在力が発見される可能性がある」と指摘している。^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

カナダのブリティッシュコロンビア州の山岳地帯や熱帯雨林には、水力発電に適した場所が数多くあります。しかし、1980年代以降、大規模な貯水池に対する環境上の懸念から、新たなダムの建設は中止されました。需要の増加に対応するための解決策は、独立系発電事業者に契約を提供することであり、彼らは50MW未満の河川流水式発電プロジェクトを100件建設しました。貯水池のない発電量は大きく変動しますが、従来の古いダムは水を貯留または放流することで、年間を通して発電量を平均化します。2014年には、これらの独立系発電事業者は4,500MWの容量から18,000GWhを発電しました。^{[ 16 ]}

2022年現在、世界の容量​​（10 MW以下のプロジェクト）は約79.0 GWで、世界のSHP設備容量の53%以上を中国が占めています。この定義（10 MW以下）では、アメリカ大陸のSHP設備容量は2019年から2022年にかけて11%増加しました。SHPの定義には地域差があるため、世界中のSHP設備容量はこれらの合計よりも高い可能性があります。中国、インド、ブラジルなどの国々は、21世紀に小水力発電容量を大幅に拡大しています。^{[ 17 ]}アジア、アフリカ、アメリカ大陸は、小水力発電の成長の可能性が最も高い地域です。^{[ 18 ]}

川沿いの木製水車は、「小規模水力発電」の最初の例とみなすことができる。^{[ 19 ]} 17世紀まで、水車の効率は70%近くに達していた。しかし、発電の必要性が高まるにつれて、小規模水力発電プロジェクトは、新しく設計されたタービンを使用した大規模ダムに取って代わられ、段階的に廃止された。^{[ 17 ]}

20世紀以降の環境保護主義は、ダム建設に伴う生態系問題への意識の高まりから、大規模な水力発電施設の建設から離れつつある。過去のダム撤去プロジェクトの例としては、米国におけるエルワ川再生運動やクラマス川ダム撤去運動などが挙げられる。これらのプロジェクトはいずれも、発電容量が30MW未満のダムを撤去したものである。

水力発電とは、水の動きを利用して電力を生成する発電方法です。水力発電所には、安定した水の流れと、水が落下するのに十分な高さ（落差）が必要です。一般的な設備では、貯水池からパイプを通してタービンに水が供給されます。タービンを流れる水によって発電機が回転し、その動きが電気エネルギーに変換されます。

小規模水力発電プロジェクトは、洪水調節や灌漑を主な目的とする既存のダムを再開発することによって実現できる。古い水力発電所も、水利権を再利用して再開発することができ、水圧管やタービンなどの設備技術への多額の投資を回収できる。^{[ 20 ]}これらのコスト削減の利点のいずれかによって、小規模水力発電所への投資収益は、既存の発電所を利用する価値が十分に高くなる可能性がある。

ブラジルもまた、小規模水力発電に多額の投資を行っている国の一つです。ブラジルは水力発電のリーダーであり、設備容量は79GWで世界第3位、100GWの米国と171GWの中国が1位です。^{[ 21 ]} 2024年現在、ブラジルでは51の新しい小規模水力発電プロジェクトが建設中です。

多くの企業が、約200kWから10MWの範囲で標準化されたタービン発電機パッケージを提供しています 。これらの「水力発電から送電まで」を網羅したパッケージは、機器供給の大部分を1つのベンダーが担当するため、サイトの計画と開発を簡素化します。非反復的なエンジニアリングコストが最小限に抑えられ、開発コストが複数のユニットに分散されるため、このようなパッケージシステムのコストは削減されます。独立運転が可能な同期発電機がよく使用されますが、電力網に接続された小規模水力発電所では、経済的な誘導発電機を使用することで、設置コストをさらに削減し、制御と運転を簡素化できます。

小規模な「流れ込み式」水力発電プロジェクトでは、従来のダムと貯水池はなく、取水し​​た水をタービンに送るための取水池を形成する堰のみが設置されています。使用されなかった水は堰を越えて流れ出し、取水池の貯水容量はわずか1日分程度しかない場合があり、発電が停止する可能性のある乾燥した夏や凍結した冬には不十分です。取水口を既存の湖に設けるのが望ましい方法です。

灌漑用水路向けにモジュール式の「マイクロ水力発電」システムが開発されている。^{[ 22 ]}「米国各地の灌漑地区では、従来流量測定に使用されてきた取水地点や水路内の落差部に発電所を設置し、上流の水頭を安定させ、水路システム全体で大きな標高変化がある場所でエネルギーを散逸させている。」^{[ 23 ]}

インドや中国のような国々は小規模水力発電を促進する政策をとっており、規制手続きによってダムや貯水池の建設が認められている。一方、北米やヨーロッパでは、規制手続きが長すぎ、費用も高額なため、小規模プロジェクトでダムや貯水池を建設することは現実的ではない。

小規模水力発電プロジェクトは、環境認可手続きが比較的迅速であり、設備も量産・標準化・簡素化されているため、土木工事も削減でき、プロジェクトを非常に短期間で開発できる。また、設備のサイズが小さいため、道路や鉄道のアクセスが良好な遠隔地への輸送も容易である。

湖や貯水池による環境負荷低減の指標の一つは、河川流量と発電量のバランスにある。取水量を減らすことは河川の生態系に良い影響を与えるが、水力発電システムの投資収益率（ROI）は低下する。水力発電システムの設計においては、河川の健全性と経済性の両方を両立させるバランスが求められる。

小規模水力発電プロジェクトの投資収益と環境への配慮のバランスの一部は、プロジェクトが国の電力網に近いかどうかである。小規模水力発電プロジェクトが孤立しているほど、建設の費用対効果が高くなる。^{[ 24 ]}

小規模水力発電に対する政府の支援は国によって異なる。日本では、再生可能エネルギー政策を支援するため、政府は固定価格買取制度と低金利融資で地域密着型の小規模水力発電プロジェクトの開発を推進している。^{[ 25 ]} 2022年、ボスニア・ヘルツェゴビナ議会は、環境への悪影響を理由に、発電容量10MWh以下の小規模水力発電プロジェクトを禁止した。^{[ 26 ]}小規模水力発電の定義の不統一と社会環境影響の研究不足により、政策決定と許認可の決定にばらつきが生じている。約3分の2の国では、小規模水力発電プロジェクトの建設と運営に正式な環境許認可プロセスを必要としない。^{[ 27 ]}

インドでは、25 MW 未満の小水力発電所は環境影響評価を必要とせず、代わりに詳細プロジェクト報告書 (DPR) を使用します。これらの報告書は政策決定者に基本的な情報を提供し、小水力開発のタイムラインを短縮します。インドの DPR に基づく計画および承認プロセスでは、コミュニティの参加や協議は必要ありません。^{[ 28 ]}

小規模水力発電開発の多くは、国の電力網に接続するのが難しい農村部や地理的に孤立した地域で行われています。例えば、インドやその他の流水地帯の農村部では、国の電力網に接続せずに再生可能なエネルギー源として小規模水力発電が利用されています。^{[ 29 ]}小規模水力発電開発の環境正義については、アジアとアメリカ大陸で最も議論されています。

小規模水力発電プロジェクトの環境影響は十分に研究されておらず、その影響は個々のプロジェクトの設計によって異なります。地域の水循環の変化は、河川の結束と連結性の喪失につながり、魚類や大型無脊椎動物の生息地の劣化と生物多様性の喪失につながる可能性があります。^{[ 35 ]}小規模ダムとそれに伴う水の移動は、魚の移動を妨げ、分解されたバイオマスからのメタン排出にもつながる可能性があります。^{[ 36 ] [ 37 ]}

複数の小規模水力発電プロジェクトは、時折、河川に分割して設置されるが、複数の施設が集積した地域における影響についてはほとんど研究されていない。インドでは、複数の小規模水力発電プロジェクトの累積的な影響は、水力発電開発の許可前に考慮されていない。^{[ 38 ]}中国では、研究者らは、31の小規模水力発電プロジェクトがある河川における河川の接続性の影響が、4つの大規模プロジェクトがある河川に関連する影響を大幅に上回ることを発見した。^{[ 39 ]}

水力発電の持続可能性に関するこれまでの研究は、温室効果ガス排出量の推定に焦点を当てており、これは一般的に他の従来型または再生可能エネルギーシステムよりも少ない。持続可能性の評価では、環境への影響、土地利用、社会的コスト、文化的影響などの追加パラメータが考慮されないことが多い。^{[ 37 ]}気候変動が季節的な河川流量の信頼性を脅かしているため、小規模水力発電のエネルギー生成における効率と持続可能性は不明である。^{[ 40 ]}

アフリカ

• ゼンガミナはザンビア北西部、ムウィニルンガ地区のカレン・ヒル にある700kWの発電所です。 2008年

アジア

• ミーンヴァラム小水力発電プロジェクト、^{[ 41 ]}インド、ケララ州、パラッカド地区。^{[ 42 ]}
• バリオ・アサルおよびアルル・ラユン小水力コミュニティ・プロジェクト、^{[ 43 ]}マレーシア、サラワク州ケラビット高原。 2009年
• アンバンガルミニ水力発電所、キアンガン、イフガオ、フィリピン(2010) ^{[ 44 ]}
• アシガ川ミニ水力発電所、サンティアゴ、アグサンデルノルテ、フィリピン（2019）^{[ 45 ]}
• バロンボンミニ水力発電所、バト、カタンドゥアネス、フィリピン (1983) ^{[ 46 ]}
• カンティンガス小水力発電所、サンフェルナンド、ロンブロン、フィリピン (2009) ^{[ 47 ]}
• リクードミニ水力発電所、フィリピン・イフガオ州アシプロおよびキアンガン（2015年）^{[ 48 ]}
• ニューバターン水力発電所、ニューバターン、ダバオデオロ、フィリピン（2018）^{[ 49 ]}
• サンルイス小水力発電所、サンルイス、オーロラ州、フィリピン (2011) ^{[ 50 ]}
• ヴィラシガ ミニ水力発電所、ブガソン、アンティーク、フィリピン (2016) ^{[ 51 ]}
• パキスタン、パクパッタン地区のパクパッタン運河に建設された出力2.82MWのパクパッタン水力発電所（2015年）

ヨーロッパ

• グリーンバレープロジェクト^{[ 52 ]}ブレコンビーコンズ国立公園、ウェールズ。ビッググリーンチャレンジ2009で30万ポンド^{[ 53 ]の共同受賞者[ 54 ]}
• セント・キャサリンズ教会は、イギリス、ウェストモーランド州、ウィンダミア湖近郊にあるナショナル・トラスト所有の施設です。

北米

• エイムズ水力発電所（コロラド州、アメリカ合衆国）。IEEEマイルストーンリストに掲載。
• チャイルズ・アービング水力発電所、アリゾナ州、アメリカ合衆国。1916年建設。現在は廃止。
• スノクォルミー滝、ワシントン州、アメリカ合衆国。1957年
• マリブ・ハイドロ、ブリティッシュコロンビア州、カナダ。2005年
• メニヘク水力発電所、ニューファンドランド・ラブラドール州、カナダ。1954年
• Cloudworks Energyは、カナダのブリティッシュコロンビア州でプロジェクトを建設してきた数多くの独立系発電事業者の一つです。

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