報告書番号

SS26004

タイトル（和文）

流域スケールの水力発電計画・運用シミュレータHOPS-CHARTの開発

タイトル（英文）

Development of HOPS-CHART: a basin-scale simulator for hydropower planning and operation

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
水力発電には，近年の記録的豪雨を受けた治水への協力と，カーボンニュートラルに向けた増発電が期待されており，これらの取り組みを流域全体で一体的に推進し，流域の特性を踏まえて全国的に展開することが求められている．その実現には，水力発電の計画および運用が河川流量に及ぼす影響を流域スケールで定量的に評価できる，汎用性の高いフレームワークが必要である．流域スケールの水利用評価法は，ダムや取水施設をノードとリンクで表現するネットワークフロー型が広く用いられており，農業用水や都市用水を含む流域全体の水配分を一体的に扱えることから，水資源計画等の分野で活用されている．一方で，流下過程の表現が抽象化されているため，ダムごとの貯水運用や下流取水施設への水供給といった施設固有の運用条件を反映しながら，河川流量を物理的に解析することは難しい．
目　　的
施設ごとの実運用ルールを直接組み込みやすく，河道追跡計算との連成にも適したルールベース型のモデル化により，水力発電の計画および運用を流域スケールにおいて表現し，河川流量を物理的に解析可能な汎用シミュレータ「HOPS-CHART」注 ）を開発する．
主な成果
1. HOPS-CHARTの開発
HOPS-CHARTは，水力発電の日次の発電計画の立案とダム運用を表現する発電計画・運用モジュールと，河川流量を物理的に計算する河道追跡モジュールから構成される（図1）．貯水池・調整池式および混合揚水式の水力発電については，日次の発電計画を行い，それに従って毎時刻の発電取水量および揚水量を設定できる．また，取水や放流に伴う水量変化を河道追跡計算に反映することにより，水力発電の計画・運用を考慮した物理的な河川流量解析を実現した．さらに，施設位置はGISデータで管理され，河川流量は日本全域で計算できるため，汎用性が高い．
2. 実流域への適用によるHOPS-CHARTの検証
本州中央部の多雪流域を対象にHOPS-CHARTを適用した（図2）．水力発電による計画・運用を計算条件として考慮することにより，対象流域末端におけるハイドログラフの再現性が大幅に向上し，Nash係数は0.38から0.67に改善した（図3）．発電電力量は，ダム流入量の過小評価等に伴い，実績を若干下回るダムもあったが，季節変化は概ね再現できた（図4）．さらに，計算上も概ね全期間において農業用の水需要量を満たすことができ，水力発電ダムが担う農業用水供給の役割を表現できた．一方で，ダム流入量の予報誤差の考慮や発電効率の精緻化等の課題も確認された．
今後の展開
水力発電の治水に対する効果や増発電の可能性を探るなど，洪水時を含む実ケースへの適用事例を蓄積するとともに，前述の課題（予報誤差の考慮，発電効率の精緻化）の解決を進める．また，水力発電以外の水利用についても考慮できるよう改良を進め，気候変動が水力発電や河川流量に与える影響の評価にも活用していく．

概要 （英文）

Hydropower is increasingly expected not only to contribute to flood control in response to recent record-breaking rainfall, but also to increase electricity generation in support of carbon neutrality. In addition, these efforts must be promoted across entire river basins and deployed nationwide while accounting for basin characteristics. In this study, we developed a new general-purpose simulator, HOPS-CHART, that can represent hydropower planning and operation at the basin scale and physically simulate the resulting river discharge. HOPS-CHART represents reservoir and regulating-pond types, mixed pumped-storage types, and run-of-river types. For reservoir/regulating-pond and mixed pumped-storage systems, the simulator can perform daily generation planning and set hourly water intake and pumping accordingly. Furthermore, by reflecting changes in water volume due to intake and release in the river-routing calculation, the simulator enables physically based river discharge analysis that accounts for hydropower operation. In addition, facility locations are managed using GIS data, allowing discharge to be calculated anywhere in Japan. HOPS-CHART was also applied to a snowy basin in central Honshu, Japan, to evaluate its validity. By incorporating hydropower planning and operation into the simulation conditions, the reproducibility of the hydrograph at the basin outlet was substantially improved. Although generated energy was slightly underestimated for some dams, partly because of underestimation of dam inflow, the seasonal variation was generally reproduced well.

報告者

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