JP2015098821A - オフショア温度差発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】海洋深層水を利用したタービン発電装置の大型化を図るためには、海水ポンプの消費電力を削減し、大型タービン発電機を安定した陸上に設置する必要がある。【解決手段】海洋深層水を利用したタービン発電装置について、海岸線付近の水深５０ｍよりも浅いオフショア域の水中に着脱可能な熱交換器を配置することで海水ポンプの送水圧力が低くなり消費電力を削減できる。さらに、タービン発電機を陸上に設置することで、大型化が可能になり、発電コストを削減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、海岸線付近の水深５０ｍよりも浅いオフショア域の水中に着脱可能な熱交換器を配置することで、冷却作用側の海洋深層水及び加熱作用側の海洋深層水の送水エネルギーを削減するもので、大容量の海水を利用した温度差発電システムの効率化を提供するものである。

近年の海洋表面温度は30度を超える地域も多くあり、7度前後の海洋深層水と表層水を利用した温度差発電システムが検討されている。しかしながら、大型化による発電コスト削減には大量の海洋水を利用しなければならず、陸上に温度差発電システムを建設する場合、海面から陸上施設までの送水水頭が必要である。そのエネルギー損失はポンプ効率を70％とすると1ｍ3/ｓの海水を1ｍ水頭にするために送水ポンプの電力として深層水側と表層水側にそれぞれ１４ｋW必要になる。
つまり、2ｍ3/ｓの海水を利用し、熱交換時の温度差が9度としておおむね60０ｋWの発電が可能になるものの、送水ポンプ水頭がそれぞれ5ｍとして約300ｋWを送水ポンプ用として所内で消費してしまう。そのため外部に供給できる電力は大幅に減少してしまう。
海上に発電設備を設置する場合にも5m程度の水頭が必要となり、送水ポンプによる消費電力は売電コストに大きく影響する。

特許公開2010-59803 温度差発電装置特許公開2006-264343 発電肥沃化浮体特許公開2005-280581 水上発電システムおよび水上発電方法特許公開2005-143403 漂流式海洋深層水利用施設

海洋深層水を利用した発電システムで要求される送水ポンプの消費電力を下げる。

海洋温度差発電設備の大型化を図るために、タービン発電機は安定した陸上に設置する必要がある。

オフショアの海上プラットホーム17に熱交換用の深層水タンク13と表層水タンク14を配置し、着脱が可能な熱交換機能を持った蒸発器棒6と凝縮器棒5を挿入する装置とする。作動液体はオフショアの海上プラットホーム17に配置された気体タンク10から陸上のタービン発電機に送られ、さらに液体タンク11側に送られる。作動流体が、これらの間を循環することで発電を継続する。送水ポンプは海水面よりもわずかに高い水頭で運転することができるため、海水ポンプ12の消費電力を大幅に削減することができる。

大型のタービン発電機は陸上の安定した基盤に設置し、オフショアの熱交換器との間に作動流体を循環させることで安定した発電を継続することができる。

これまで、世界各国で海洋深層水を利用した試験的な温度差発電設備が試されれいるものの、発電コストが高く、事業性が低いとされてきた。その大きな原因は海洋深層水の取水設備コストが高いこと。 発電設備の大型化に伴い、送水ポンプなどの所内電力消費が大きいこと。 大型タービン発電機は陸上の安定した基盤に設置しなければならず、通常低い場所でも、地震、津波、台風などの自然環境に合わせて、低い場所でも海抜5から10ｍの位置に設置しているため、従来のように熱交換器をタービン発電機近傍に配置すると、大きな所内電力消費を伴う。

熱交換器は狭い隙間に海水を通過させるため保守管理が不可欠であり、海上に設置されていた。熱交換器を海上に設置する場合でもタービン発電機同様自然環境に対応するため海抜5から10ｍ程度に上げた場所に設置されていた。

海水ポンプの電力消費を削減するために、熱交換器の出口側を海面に投入する方法がとられているが、それでも要求最大水頭の50％程度が必要になり、それ相当分の消費電力が必要となる。

深層水タンク13をオフショアの海水中に配置することで、海水ポンプ12の要求水頭は最小限となり、消費電量を削減することができる。さらに深層水タンク13を縦長形状にし、熱交換器7の下部域に流入させ、上部領域から排出することで温度差によって自然流が生じ、海水ポンプの消費電力を咲く下する効果がある。

前述同様、表層水タンク14をオフショアの海水中に配置することで、海水ポンプ12の要求水頭は最小限となり、消費電量を削減することができる。さらに表層水タンク14を縦長形状にし、熱交換器7の上部域から表層水を流入させ、下部領域から排出することで温度差によって自然流が生じ、海水ポンプの消費電力を削減する効果がある。

オフショアに熱交換器を配置することによる海水ポンプの消費電力削減効果と地上への堅固な基盤へのタービン発電機設置は深層水を利用した温度差発電システムの効率化に寄与する。

温度差発電システム

オフショアに設置された海上プラットホーム17に深層水タンク13と表層水タンク14を設置し、隣接する海水ポンプ室20に海水ポンプ12を配置する。深層水タンク13と表層水タンク14には、それぞれ熱交換器7を装備し着脱可能な凝縮器棒5と蒸発器棒6を上部から挿入する。

入口側海洋深層水1は海水ポンプ12によって深層水タンク13の下部に送り込まれ、出口側海洋深層水3は深層水タンク13の上部から排出される。

入口側海洋表層水2は海水ポンプ12によって表層水タンク14の上部に送り込まれ、出口側海洋表層水4は表層水タンク14の下部から排出される。

海上プラットホーム17には、凝縮器棒を通過し、海洋深層水によって冷却された作動流体が一時的に貯蔵される液体タンク11と、蒸発器棒を通過し、海洋表層水によって加熱された作動流体が一時的に貯蔵される気体タンク10が配置されている。

蒸発器棒6側で気化した作動流体は気体タンク10から高圧配管18を経て、タービン発電機9に送られ、低圧配管19を経由して凝縮器棒5側に帰される。液化した作動流体は作動流体ポンプ8によって、凝縮器側から蒸発器側に送り込まれ循環を繰り返す。

大規模な深層水を利用した温度差発電所では、深層水を利用したさまざまな事業展開が可能である。温度差発電所は大量の深層水を使用するが深層水を利用した事業ではくみ上げた深層水の一部を利用することになる。そのため大量の深層水をオフショアの海面付近で熱交換用として利用し、深層水の特色を利用した養殖、栄養剤生成、ミネラル採取などに必要な水量はその規模に応じて熱交換器付近から各事業所に送水すればよい。温度差発電所用の温度差利用作動流体は高圧ポンプでオフショアのプラットホームから陸上の安全な位置に建設された発電所に送られる。ここで使用される配管は十分な保温、耐腐食、耐圧性能をもったものが設置される。

オフショアに設置されるプラットフォームには深層水タンクと表層水タンクが設置され、それぞれにプラットホームの上から着脱可能で熱交換機能を持つ凝縮器棒と蒸発器棒が挿入されている。これらは着脱時に作動流体が漏れないように密封弁がついている。
陸上のタービン発電機とオフショアの液体タンク側および気体タンク側へは、それぞれ低圧配管と高圧配管によって連結される。
作動流体は作動流体ポンプによって液体タンク側から気体タンク側に送られる。

海上プラットホームに設置される大容量の海水ポンプは水中の配置されたポンプ室に設置することによって、移送圧力を最小にすることによって運転電力を最小にすることができる。

このように、本考案によって、海洋深層水を利用した温度差発電所を、台風や津波といった自然災害から発電所を守り、タービン発電機を安定した基礎に設置するための条件をクリアすることができ、海水ポンプの要求圧力を低くすることで、発電所で必要な所内電力消費を抑制することができる。

離島で大きな電力を起こし、本島側に送電することで産業として、大きな役割をは果たすことができるとともに、離島での産業を創生するために大きな力となる。

海洋表層水の温度は夏季には30度に達する状態となっており、自然エネルギーを利用する価値は大きい。
これまでは試験的な段階であったことから、その規模も小さく設備コストも大きく膨らんでいた。
本発明によって、発電コストを下げるとともに、深層水を利用した産業を起こすことができる。

1 入口側海洋深層水
2 入口側海洋表層水
３ 出口側海洋深層水
４ 出口側海洋表層水
５ 凝縮器棒
6 蒸発器棒
７ 熱交換器
８ 作動流体ポンプ
９ タービン発電機
１０ 気体タンク
１１ 液体タンク
１２ 海水ポンプ
１３ 深層水タンク
１４ 表層水タンク
１５ 海底
１６ 海面
１７ 海上プラットホーム
１８ 高圧配管
１９ 低圧配管
２０ 海水ポンプ室

Claims (1)

1. 海洋深層水および海洋表層水を利用した温度差発電設備において着脱可能な熱交換器を海岸線付近の水深５０ｍよりも浅いオフショア域の水中に配置し、海上にはプラットホーム配置するとともに発電所を陸上に配置することを特徴とする温度差発電設備。

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