JP2010101144A - Energy supply system reusing existing underground cavity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムに関する。 The present invention relates to an energy supply system that reuses an existing underground cavity.
東京のような都市の地下に原子力発電システムを設けることは特許文献1に記載されている。この特許文献1は、東京の場合、原子力発電システムを設ける場所としては、地下鉄等が設置されているため、50m以深の大深度地下設置を行う必要があることを開示している。具体的には、東京の地下50mの深さには単一の比較的強固な(20kg/cm2)地盤の土丹層が存在し、このようなトンネル地盤の荷重支持能力がある土丹層内に空洞を掘って原子力発電システムを設置するとしている。
しかし、このような地下原子力発電システムは、地下空洞の建設に膨大な費用がかかるという問題点がある。堅牢な地下空洞を設けるためには地質調査(地殻調査)が必要である。特に、原子力発電システムの場合には、原子炉圧力容器を支持するための強固な岩盤が広範囲に渡り存在するか否かを綿密に調査しなければならない。このため、このような地質調査の調査範囲は、調査対象深度が深く広範囲に渡るため、その費用が非常に高額になってしまう。 However, such an underground nuclear power generation system has a problem that it takes a huge amount of money to construct an underground cavity. Geological survey (crustal survey) is necessary to establish a solid underground cavity. In particular, in the case of a nuclear power generation system, it is necessary to closely investigate whether or not there is a wide range of strong rocks to support the reactor pressure vessel. For this reason, since the survey range of such a geological survey has a wide depth to be surveyed and covers a wide range, the cost becomes very high.
さらに、原子力発電システムに必要な地下空洞は、非常に大きな空間となるために、建設時において掘り出した土砂の量も膨大なものとなる。この土砂の搬出費用や処分費用も高額なものとなる。 Furthermore, since the underground cavities necessary for the nuclear power generation system are very large, the amount of earth and sand excavated during construction is enormous. The cost of carrying out and disposal of this earth and sand will also be expensive.
また、地下空洞に対する地震の影響を予測することが事実上不可能である。即ち、地下原子力発電システムを設置する地下空洞を建設できたとしても、当該地下空洞の建設後にその地下空洞の周辺で地震が発生しないと、どのような影響を受けるのかが正確には予測できない。十分な耐震性能が確保されていない場合には、放射能汚染というリスクを伴う原子力発電システムの建設は事実上不可能である。 Also, it is virtually impossible to predict the impact of an earthquake on an underground cavity. That is, even if an underground cavity in which an underground nuclear power generation system is installed can be constructed, it is impossible to accurately predict how it will be affected unless an earthquake occurs around the underground cavity after the construction of the underground cavity. If sufficient seismic performance is not ensured, it is virtually impossible to construct a nuclear power system with the risk of radioactive contamination.
このように、特許文献1の地下原子力発電システムは理論上可能であっても、地下空洞の膨大な建設費用や地震の影響についての予測が事実上不可能であるため、実現することが極めて困難である。 Thus, even if the underground nuclear power generation system of Patent Document 1 is theoretically possible, it is extremely difficult to realize it because it is virtually impossible to predict the huge construction cost of underground cavities and the effects of earthquakes. It is.
本発明は、上記課題に鑑み、低廉な建設費用に建設することができ、また、地震に対する安全性を確保することができる既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an energy supply system that can be constructed at a low construction cost and that reuses an existing underground cavity that can ensure safety against an earthquake. .
本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、地表面から下方に向かって掘削し形成された縦坑と、前記縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群を有する既設地下空洞において、前記横坑群の内、地下50mよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群にエネルギー発生設備を設けたことを特徴とする。 An energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present invention includes a vertical shaft that is formed by drilling downward from the ground surface, and a plurality of horizontal shaft groups that communicate with the vertical shaft and extend in the horizontal direction. In the existing underground cavities, the energy generating equipment is provided in the horizontal pit group provided on the bedrock and at a position deeper than 50 m underground.
さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも浅い深度に位置する他の横坑群には、前記エネルギー発生設備において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンクが設けられていることが好ましい。 Furthermore, the energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present invention includes the other horizontal shaft group located at a shallower depth than the horizontal shaft group in which the energy generation facility is provided, in the energy generation facility. It is preferable that a cooling water storage tank for storing the cold water to be used is provided.
さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも深い深度に位置する他の横坑群には、前記冷却水貯蔵タンクからエネルギー発生設備へ供給された温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンクが設けられていることが好ましい。 Furthermore, in the energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present invention, the cooling water storage tank is provided in another horizontal shaft group located at a deeper depth than the horizontal shaft group in which the energy generation facility is provided. It is preferable that a waste water storage tank is provided for storing waste water that has become hot water supplied to the energy generation facility.
さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記エネルギー発生設備は原子力発電所であることが好ましい。 Furthermore, in the energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present invention, the energy generation facility is preferably a nuclear power plant.
さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記既設地下空洞が、廃坑となった炭坑の地下坑道であることが好ましい。 Furthermore, in the energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present invention, the existing underground cavity is preferably an underground mine shaft of a coal mine that has become an abandoned mine.
請求項1記載の本発明は、縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群を有する既設地下空洞の横坑群の内、地下50mよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群にエネルギー発生設備を設けたことを特徴としており、既設地下空洞を再利用することにより、地下の状態を直接目視することができ、地下の地質状態を確実に知ることができる。さらに、横坑を再利用することにより、建設費用の大幅な低減を図ることができ、同時に、使用しない横坑の埋め立てに建設残土を利用することができる。 The present invention according to claim 1 is provided at a position deeper than 50 m underground, among the existing underground hollow horizontal shaft groups having a plurality of horizontal shaft groups communicating with the vertical shaft and extending in the horizontal direction. It is characterized by the installation of energy generation facilities in the horizontal pit group on the bedrock. By reusing the existing underground cavities, the underground conditions can be observed directly, and the underground geological conditions are ensured. Can know. Furthermore, by reusing the horizontal shaft, the construction cost can be greatly reduced, and at the same time, the remaining construction soil can be used for reclamation of the unused horizontal shaft.
請求項2記載の本発明は、エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも浅い深度に位置する他の横坑群にエネルギー発生設備において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンクが設けられているため、緊急時においても、エネルギー発生設備に冷却水を落水により供給することができる。 The present invention according to
請求項3記載の本発明は、エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも深い深度に位置する他の横坑群に冷却水貯蔵タンクからエネルギー発生設備へ供給された温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンクが設けられているため、排水を地上に送出するポンプ等の設備に故障があった場合でも、エネルギー発生設備の排水を落水により収容することができる。 According to the third aspect of the present invention, the drainage that has become hot water supplied from the cooling water storage tank to the energy generating facility to another horizontal shaft group located at a deeper depth than the horizontal shaft group in which the energy generating facility is provided. Since the waste water storage tank for storing the waste water is provided, the waste water of the energy generating equipment can be accommodated by the falling water even when the equipment such as a pump for sending the waste water to the ground has a failure.
請求項4記載の本発明は、エネルギー発生設備が原子力発電所であるため、緊急時において、放射能が大気中に拡散することを防止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the energy generating facility is a nuclear power plant, radioactivity can be prevented from diffusing into the atmosphere in an emergency.
請求項5記載の本発明は、既設地下空洞が廃坑となった炭坑の地下坑道であるため、堆積層の大深度にエネルギー発生設備を安価に建設することができる。 Since the present invention according to
以下、図1乃至図6を参照しつつ、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムの実施形態について説明する。本実施形態の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、地表面3から下方に向かって掘削し形成された縦坑2と、縦坑2と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群4を有する既設地下空洞1において、横坑群4の内、地下50mよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群4dにエネルギー発生設備である原子力発電システム6を設けたことを特徴とする。 Hereinafter, an embodiment of an energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The energy supply system that reuses an existing underground cavity according to the present embodiment includes a
図1は、既設地下空洞1の垂直断面図である。この既設地下空洞1は、廃坑となった炭坑の地下坑道であり、炭坑地表面3から下方に向かって掘削し形成された縦坑2と、この縦坑2と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群4から構成されている。 FIG. 1 is a vertical sectional view of an existing underground cavity 1. This existing underground cavity 1 is an underground mine shaft of an abandoned coal mine, and is formed by drilling downward from the
一般的に国内炭坑の地殻構造は、図1に示すように、上部に石炭層Bが存在し、その石炭層Bの下方に岩盤層Aが存在する堆積層を有している。そして、岩盤層Aの上側表面に沿って横坑群4を掘削し石炭層Bの石炭を採取する。また、この岩盤層Aは水を通しにくい性質があり、一方、石炭層Bは水を通しやすい性質があるため、この横坑群4が位置する岩盤層Aの上部において、豊富な水量を有する地下水脈が存在する場合が多い。なお、図1において、岩盤層A及び石炭層B以外の堆積層については図面が煩雑となるため、図示を省略している。また、符号3は地表面を示している。 In general, as shown in FIG. 1, the crustal structure of a domestic coal mine has a sedimentary layer in which a coal layer B exists at the top and a rock layer A exists below the coal layer B. Then, the horizontal shaft group 4 is excavated along the upper surface of the bedrock layer A, and coal of the coal layer B is collected. Moreover, since this bedrock layer A has a property which does not allow water to pass through easily, while coal bed B has a property which can easily pass water, it has abundant water amount in the upper part of the bedrock layer A in which this horizontal shaft group 4 is located. There are often groundwater veins. In addition, in FIG. 1, since drawing becomes complicated about sedimentary layers other than the bedrock layer A and the coal layer B, illustration is abbreviate | omitted.
縦坑2には、図1に示すような垂直方向に延在するものの他、斜坑と呼ばれている斜め下方に延在するものも含まれる。この縦坑2は、横坑群4を構成する各横坑よりも大きな坑道であり、搬入搬出用エレベータ、排水管、送風管、送電線等が放置されている。 The
複数の横坑群4は、横坑群4a乃至4fとして図示されている。各横坑群4は、それぞれ岩盤Aと石炭層Bの間に存在し、図2に示すように網の目状に広がっている。 The plurality of horizontal shaft groups 4 are illustrated as
次に、本実施形態の既設地下空洞1を再利用したエネルギー供給システムの構造について説明する。 Next, the structure of the energy supply system that reuses the existing underground cavity 1 of this embodiment will be described.
図3及び図4に示すように、エネルギー発生設備である原子力発電所は、横坑群4dを構成している横坑を拡張し建設した格納ドーム6の内部空間6cに設けられている。この横坑群4dは、地表から50m以上の大深度に設けられている。日本国内の炭坑には地下1000m程度まで延在しているものがあり、このような炭坑跡においては数100mの深度に設けることが好ましい。このような大深度に原子力発電所を設けることにより、緊急時においても大気中に放射能が直接拡散することを防止することができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, a nuclear power plant that is an energy generating facility is provided in an
この格納ドーム6は、1m以上の厚さを有するコンクリートの外殻による半ドーム部6aと、横坑群4dの下方に位置する岩盤層Aに設けた基礎部6bとから構成されている。この基礎部6bは、岩盤層Aを凹状に掘削した跡にコンクリートを打設して構築する。本実施形態における複数の格納ドーム6内には、原子炉格納容器、発電施設、及び、復水設備等(図示せず)が格納されている。 The
原子力発電所が設けられている横坑群4dよりも浅い深度に位置する他の横坑群4a、4bには、原子力発電所の復水設備や緊急炉心冷却装置等において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンク5が設けられている。冷却水貯蔵タンク5は、図3及び図5に示すように、横坑を拡張してコンクリート製外殻によって構築されている。 The other
上述したように、岩盤層Aの上部において、豊富な水量を有する地下水脈が存在する場合が多い。従って、冷却水貯蔵タンク5には、このような地下水を貯留することが好ましい。この地下水は、例えば横坑群4c等の冷却水貯蔵タンク5が設けられていない横坑群からも取水することが可能である。また、地下水脈の地下水量が少ない場合には、冷却水貯蔵タンク5に既設地下空洞1周辺の河川、湖、池、海洋等から取水された淡水や海水を貯留することも可能である。この場合、縦坑2に設けた取水パイプ(図示せず)を介して取水することになる。 As described above, in the upper part of the bedrock layer A, there are many cases where underground water veins having abundant water amount exist. Therefore, it is preferable to store such groundwater in the cooling
本実施形態においては、冷却水貯蔵タンク5が横坑群4a、4bの横坑を拡張しコンクリート製外殻によって設けられているが、周辺地質により漏水量が少ない横坑であればコンクリート製外殻を設けることなく複数の防水壁により区画することにより冷却水貯蔵タンクとすることも可能である。さらに、地下水の噴出量が多量である横坑群の場合には、横坑群全体を冠水させ、これを冷却水貯蔵タンクとすることも可能である。この場合、縦坑の周囲のみを防水壁により区画すれば良い。 In this embodiment, the cooling
原子力発電所が設けられている横坑群4dよりも深い深度に位置する他の横坑群4e、4fには、冷却水貯蔵タンク5から原子力発電所へ供給され温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンク7が設けられている。 In the other
原子力発電所は、沸騰水型原子炉(BWR)や加圧水型原子炉(PWR)黒鉛減速沸騰軽水圧力管型原子炉(RBMK)等、どのようなタイプの原子炉であっても、発電タービンを回転させる水蒸気を復水設備により冷却しなければならない。 A nuclear power plant uses a power generation turbine for any type of reactor, such as a boiling water reactor (BWR), a pressurized water reactor (PWR), a graphite-decelerated boiling light water pressure tube reactor (RBMK), etc. The rotating steam must be cooled by condensate equipment.
この復水設備による冷却は、冷却水を利用することにより行われているが、この冷却水の供給が停止すると原子炉の制御が不能となり、最悪の場合、炉心溶融を引き起こす原因となる。一般の原子力発電所は、冷却水である海水、湖水、河川水等を電動ポンプにより復水設備に供給しているが、停電があった場合にはこの電動ポンプが停止してしまう。このため、停電時においては、バックアップ用の緊急発電システム(多くはディーゼル発電機)により電動ポンプの作動を確保し、冷却水の供給が停止しないようになっている。 Cooling by this condensing equipment is performed by using cooling water. However, when the cooling water supply is stopped, the reactor cannot be controlled, and in the worst case, it causes melting of the core. In general nuclear power plants, seawater, lake water, river water, and the like, which are cooling water, are supplied to the condensing facility by an electric pump, but this electric pump stops when a power failure occurs. For this reason, in the event of a power failure, the operation of the electric pump is ensured by a backup emergency power generation system (mostly a diesel generator) so that the supply of cooling water does not stop.
しかし、地震等により停電になり、さらに緊急発電システムや上記電動ポンプまでもが故障してしまった場合、復水設備への冷却水の供給は不可能となるという問題点がある。 However, there is a problem that it becomes impossible to supply cooling water to the condensing facility when a power failure occurs due to an earthquake or the like and even the emergency power generation system or the electric pump breaks down.
本実施形態においては、原子力発電所が設けられている横坑群4dよりも浅い深度に位置する他の横坑群4a、4bに原子力発電所の復水設備や緊急炉心冷却装置等において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンク5が設けられており、この冷却水は電動ポンプを使用しない場合でも原子力発電所の復水設備等に落水することにより供給される。落水量は電動操作及び手動操作可能なバルブにより調整される。 In the present embodiment, the other
平常運転時には、横坑群4dに配設されている復水設備により使用された冷却水は温排水となり地上へ送出される。この温排水はエネルギー源として使用されることが好ましく、例えば、工場における熱源、ビルや一般家屋の冷暖房、ビニールハウスの暖房等、様々な用途に使用され水温が低下する。そして、冷却された水は再度冷却水として横坑群4a、4bの冷却水貯蔵タンク5へ戻される。 During normal operation, the cooling water used by the condensate equipment arranged in the
停電時等の緊急運転時には、横坑群4dの復水設備により使用された冷却水は温水となり、落水することにより横坑群4dよりも深い深度に位置する横坑群4e、4fの排水貯蔵タンク7へ流入する。このため冷却水貯蔵タンク5及び排水貯蔵タンク7の各タンク容量は、原子炉の停止までに必要な冷却水及び排水を全て貯蔵することができるタンク容量を有していることが好ましい。このような冷却水貯蔵タンク5及び排水貯蔵タンク7を備えることにより、緊急発電システムや電動ポンプが使用不能状態になった場合でも、原子炉を安全に停止することができる。 During an emergency operation such as a power failure, the cooling water used by the condensate equipment of the
次に、本実施形態の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムの建設方法について説明する。 Next, the construction method of the energy supply system which reused the existing underground cavity of this embodiment is demonstrated.
既設地下空洞1である廃坑となった炭鉱は、一般的に廃坑の際に注水され、その地下坑道は水没状態となっている。これは、水圧によって地下坑道の崩落による地盤沈下を防止するためである。 The coal mine that has become an abandoned mine that is an existing underground cavity 1 is generally poured into the abandoned mine, and the underground mine is submerged. This is to prevent ground subsidence due to collapse of the underground tunnel due to water pressure.
最初に、地表に一番近い横坑群4aの地下坑道を満たしている水を排水し、当該坑道を調査する。落盤箇所等を調査し、落盤箇所が存在する場合には補修作業を行い、安全な状態を確保する。 First, the water filling the underground mine of the
横坑群4aの安全な状態を確保した後、横坑群4bの地下坑道を満たしている水を排水し、横坑群4aと同様の調査や補修作業を行う。同様に、横坑群4c乃至4fに対して地表に近いものから順に、排水、調査、及び、補修作業を行い、各横坑群4の安全な状態を確保する。 After securing the safe state of the
本実施形態においては、既設地下空洞1を利用することにより、試掘等の調査費用を大幅に節約でき、また、各横坑群4の状態を目視できるため地質の具体的な状態を知ることができる。さらに、廃坑となっている炭鉱は、廃坑となってから長期間が経過しているため、その間に多くの地震の影響を受けている。このため、これら地震に対する安全性を既設地下空洞1の状態から推察することができる。このような過去の地震による影響を既設地下空洞1の状態から直接知ることは、従来の地質調査では不可能である。 In the present embodiment, by using the existing underground cavity 1, it is possible to greatly reduce the cost of investigation such as trial digging and to know the specific state of the geology because the state of each horizontal shaft group 4 can be visually observed. it can. Furthermore, since coal mines that have become abandoned mines have been in operation for a long time, they have been affected by many earthquakes. For this reason, safety against these earthquakes can be inferred from the state of the existing underground cavity 1. It is impossible to know the effects of such past earthquakes directly from the state of the existing underground cavity 1 by conventional geological surveys.
既設地下空洞1の安全性が確保され、地震等による影響にも問題がないと判断された場合には、既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムの建設を開始する。 When it is determined that the safety of the existing underground cavity 1 is ensured and there is no problem with the effects of an earthquake or the like, construction of an energy supply system that reuses the existing underground cavity is started.
最初に、上述した縦坑2の搬入搬出用エレベータ等の旧設備を取外し、新たに搬入搬出用エレベータ等の設備(図示せず)を縦坑2の内部に設置する。また、縦坑2には、緊急時に放射能が大気中に拡散することを防止する複数の閉鎖扉21を設置する。次に、横坑群4a、4bに冷水貯蔵タンク5を、横坑群4dに原子力発電所の格納ドーム6を、そして、横坑群4e、4fに排水貯蔵タンク7を建設する。これらの地下設備の建設は、既存の坑道を拡幅することにより、建設廃土の廃土量を低減することができる。さらに、これらの建設廃土を使用しない坑道(例えば、横坑群4c)の埋め立てに使用することにより、地上に搬出する手間と、建設廃土の処理費用を低減することができる。この建設廃土は、例えば、横坑群4cのように、設備を設ける必要がない横坑群の埋め立てに使用することにより、当該横坑群の落盤を防止と建設廃土の処理を行うことができる。 First, the old equipment such as the loading / unloading elevator of the
なお、冷水貯蔵タンク5、格納ドーム6、及び、排水貯蔵タンク7等はコンクリート製建築物であり、これらの原料となるコンクリートには、石炭消去後に生成された石灰灰を混合することにより、コンクリートの性能を向上させることができる。この石灰灰は石炭を精製する際に発生し、廃棄物として廃坑となった炭坑の周辺に大量に野積みされている。従って、この石灰灰をコンクリートの材料として使用することにより、この石灰灰の処理とコンクリートの材料の入手という2つの利点を得ることができる。 In addition, the cold
1 既設地下空洞
2 縦坑
21 閉鎖扉
3 地表面
4、4a、4b、4c、4d、4e、4f 横坑群
5 冷却水貯蔵タンク
6 格納ドーム
6a 半ドーム部
6b 基礎部
6c 内部空間
7 排水貯蔵タンク
A 岩盤層
B 石炭層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Existing
Claims (5)
前記縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群を有する既設地下空洞において、
前記横坑群の内、地下50mよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群にエネルギー発生設備を設けたことを特徴とする既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システム。A shaft formed by drilling downward from the ground surface;
In the existing underground cavity having a plurality of horizontal shaft groups communicating with the vertical shaft and extending in the horizontal direction,
Energy supply that reuses existing underground cavities, characterized in that energy generating equipment is provided in the horizontal pit group provided on the bedrock and at a position deeper than 50m underground in the horizontal pit group system.
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