JP2019178561A - メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取装置及びメタンガス採取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メタンガスを分解するためのエネルギーを低コストかつ効率良く供給しつつ、メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取装置及び方法の提供。【解決手段】メタンハイドレートを含む地層からメタンガス４を採取するメタンガス採取装置であって、海底１１に埋蔵されているメタンハイドレート層１０内に設置された、下部にメタンガス４を受け入れる開口部を有する上部水平坑構築物２と、上部水平坑構築物２の下方のメタンハイドレート層１０内に設置された下部水平坑構築物１と、下部水平坑構築物１に設けられ、上方のメタンハイドレート層１０を加熱してメタンガス４を発生させる加熱装置３と、上部水平坑構築物２内に受け入れたメタンガス４を海上の貯蔵装置に供給するメタンガス回収管７と、を有しており、加熱装置３は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱装置である、メタンガス採取装置。【選択図】図１

Description

本発明は、メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取装置及びメタンガス採取方法に関する。

メタンハイドレートは天然ガスの主成分であるメタンと水分子とが低温・高圧状態で結晶化した氷状の固体結晶であり、メタンハイドレート中には大量のメタンが取り込まれ、１ｍ^３のメタンハイドレート中には１６０〜１７０ｍ^３程度のメタンガスが含まれている。
高圧、低温のガスハイドレート生成条件を満たす海洋、湖等の水底下には、メタンハイドレートが存在することが分かっており、新たなエネルギー源として期待されている。

ところが、メタンハイドレートは、石油や天然ガスのように井戸を掘れば自噴して地上まで到達するというものではないため、資源としての利用が難しい。また、井戸を掘ってメタンハイドレートを露出させたとしても、メタンハイドレートは、安定した状態でその場に存在したままである。したがって、このような安定状態にあるメタンハイドレートを取り出すためには、ハイドレートを加熱するか減圧下に置くことによって、メタンガスと水とに分解してメタンガスのみを回収する必要がある。

そこで、上記課題を解決する手段の一例として、特許文献１には、海底地層に存在しているメタンハイドレート層からメタンガスを加熱方式によって採取する方法が開示されている。この方法を図２に基づいて説明する。
図２によれば、まず、メタンハイドレート塊２２の中に掘削孔１４を形成し、該掘削孔１４よりも浅い位置に掘削孔１６を形成し、掘削孔１４内に第１ストリング１８を設け、掘削孔１６内に第２ストリング２０を設ける。そして、第１ストリング１８に熱を有する流体を送るか、又は、電気加熱装置を第１ストリング１８中に配することにより、熱２４をメタンハイドレート塊２２に送る。熱２４は、メタンハイドレートを水とメタンガスとに分解し、メタンガス２８は第２ストリング２０の開口部から第２ストリング２０の中へ導入され、電動ポンプ３１の動力によって移送され回収される。

特表２０１６−５２９４２０号公報

このように、従来の方法では、メタンハイドレート層からメタンガスを採取するために、地上の発電装置によって得られる大量のエネルギーを投入してメタンハイドレートを分解する必要がある。特に、加熱法では、加熱媒体の昇温に多くのエネルギーを消費することとなり、メタンガス採取コストが嵩むという課題がある。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、メタンハイドレートを分解するためのエネルギーを低コストかつ効率良く供給することが可能な、メタンハイドレートを含む地層からのメタンガス採取装置及び採取方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、以下のとおりである。
（１）メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取装置であって、
海底に埋蔵されているメタンハイドレート層内に設置された、下部にメタンを受け入れる開口部を有する上部水平坑構築物と、
前記上部水平坑構築物の下方のメタンハイドレート層内に設置された下部水平坑構築物と、
前記下部水平坑構築物に設けられ、上方のメタンハイドレート層を加熱してメタンガスを発生させる加熱装置と、
前記上部水平坑構築物内に受け入れたメタンガスを海上の貯蔵装置に供給するメタンガス回収管と、
を有しており、
前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱装置であることを特徴とする、メタンガス採取装置。
（２）前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される電気加熱装置であることを特徴とする、上記（１）に記載のメタンガス採取装置。
（３）前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱手段により加熱された加熱媒体を供給する加熱装置であることを特徴とする、上記（１）に記載のメタンガス採取装置。
（４）メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取方法であって、
海底に埋蔵されているメタンハイドレート層内に設置された下部水平坑構築物に設けた加熱装置によって、上方のメタンハイドレート層を加熱してメタンガスを発生させるメタンガス発生工程と、
前記メタンガス発生工程で発生したメタンガスを前記下部水平構築物の上方のメタンハイドレート層内に設置された上部水平坑構築物の下部開口部から上部水平坑構築物内に受け入れるメタンガス受け入れ工程と、
前記上部水平坑構築物内のメタンガスをメタンガス回収管によって海上のメタンガス貯蔵装置に移送し、貯蔵するメタンガス移送工程と、
前記メタンガス移送工程によって移送されたメタンガスをメタンガス貯蔵装置に貯蔵するメタンガス貯蔵工程と、
を有し、前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転されることを特徴とするメタンガス採取方法。
（５）前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される電気加熱装置であることを特徴とする、上記（４）に記載のメタンガス採取方法。
（６）前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱手段により加熱された加熱媒体を供給する加熱装置であることを特徴とする、上記（４）に記載のメタンガス採取方法。

本発明のメタンガス採取装置及びメタンガス採取方法によれば、メタンガスを分解するためのエネルギーを低コストかつ効率良く供給しつつ、メタンハイドレート層からメタンガスを採取することができる。

本発明のメタンガス採取方法を説明する図である。 従来のメタンガス採取方法を説明する図である。

本発明の実施形態の一例を、図１に基づいて説明する。
まず、海底１１中に存在するメタンハイドレート層１０の中に上部水平坑構築物（水平坑井）２と下部水平坑構築物１とを掘削する。
下部水平坑構築物１中には、電気加熱装置３が設けられており、この電気加熱装置３により下部水平坑構築物１の上方に存在するメタンハイドレート層１０を加熱する。
この加熱により、メタンハイドレート層１０中のメタンハイドレートは加熱されて水とメタンガス４に分解され、メタンガス４はメタンハイドレート層１０中を上昇する。

上部水平坑構築物２は、下部に開口部を有しており、この開口部からメタンガス４が上部水平坑構築物２内に取り込まれる。
洋上には、浮体式のメタンガス回収設備５が配置されており、このメタンガス回収設備５と上部水平坑構築物２との間には、メタンガス４を上部水平坑構築物２からメタンガス回収設備５に送るためのメタンガス回収管７が設けられている。
また、メタンガス回収設備５と下部水平坑構築物１との間には下部水平坑構築物１から海上に向かう坑井６が設けられており、この坑井６には、電気加熱装置３に電力を供給する送電線１３が通っている。
上部水平坑構築物２に取り込まれたメタンガス４は、メタンガス回収管７を通ってメタンガス回収設備５で回収され、貯蔵される。

図１に示すように、本実施形態では洋上風力発電装置８を設けており、この発電装置によって得られた電力は、ケーブル９によってメタンガス回収設備５に送電される。送電された電力は、メタンガス回収設備５に設けられた洋上変電設備により集約され、坑井６内を通っている送電線１３によって下部水平坑構築物１内の電気加熱装置３に供給される。
洋上風力発電装置８は、公知の装置を用いることができる。メタンハイドレート層１０が存在している海洋では、浮体式洋上風力発電装置を用いることが好ましく、スパー型、ＴＬＰ型（テンションレグプラットホーム）、セミサブマージュ型等の型式がある。

発電装置としては、洋上風力発電装置８以外に波力発電装置を用いることもできる。波力発電装置は、例えば、公知の装置を用いることができ、密閉された空気室を設けて、波力すなわち海面の上下動により生ずる空気の振動流を用いてタービンを回転させ、発電する振動水柱型空気タービン方式の波力発電装置や波の上下動を浮体に搭載したフライホイールにより回転運動に変換して発電機を駆動するジャイロ方式の波力発電装置が適用可能である。

このように、洋上風力発電装置又は波力発電装置を使用することにより、メタンハイドレートを分解するための電気エネルギーとして海洋上で発電して得られる電力を利用することができる。したがって、陸上から海洋上まで送電する送電線を設ける必要がない。また、化石燃料を燃やして発電させる発電機を使用する場合には燃料が必要となり、蓄電池を電源とする場合には蓄電池が必要となり、コスト高になるが、海洋上で発電して得られる電力を利用することによりコストを削減できる。
加えて、波力発電又は洋上風力発電により海洋上で発電して得た電力エネルギーをメタンガスという形に変えて貯蔵することができるので、効率良くエネルギーを備蓄することが可能となる。

上記したように、本発明のメタンガス採取装置は、風力や波力等の自然エネルギーを利用する波力発電又は洋上風力発電によって得られる電力を用いてメタンハイドレートを分解するので、エネルギーを供給するコストを低減することができる。
また、波力発電又は洋上風力発電により洋上で発電して得る電力を利用して、メタンガスを採取することにより、発電で得られた電力エネルギーをメタンガスの形にして貯蔵することができるため、海洋上から陸上までの送電装置や蓄電池などの電力エネルギー貯蔵装置が不要となり、効率良くエネルギーを備蓄することが可能となる。

上記の実施形態においては、メタンハイドレートの加熱を電気加熱装置で行った。
しかしながら、洋上風力発電装置又は波力発電装置で得られた電力によって加熱媒体を加熱し、この加熱された加熱媒体を下部水平坑構築物１に設けた熱交換器内を循環させてメタンハイドレートを加熱することもできる。
加熱媒体は、メタンガス回収設備５と下部水平坑構築物１との間を循環させてもよいし下部水平坑構築物１内に設けた循環式熱交換器内を循環させてもよい。前者の場合は、坑井６に加熱媒体循環管が配置され、後者の場合は、下部水平坑構築物１内の循環式熱交換器の加熱媒体を加熱するための電力供給用送電線１３が配置される。

また、加熱媒体は、熱水を用いるか又は水を加熱することによって発生させた水蒸気も用いることができる。この熱水又は水蒸気を発生させる加熱装置は、メタンガス回収設備５に配置してもよいし、下部水平坑構築物１中に配置してもよい。加熱媒体は、下部水平坑構築物１に設けた熱交換器内を循環してメタンハイドレートを間接加熱する。
また、下部水平坑構築物１の上部に開口部を設けて、加熱媒体としての熱水又は水蒸気を開口部から押出してメタンハイドレートを熱水又は水蒸気によって直接加熱してもよい。

次にメタンガス採取方法を図１に基づいて説明する。
本発明のメタンガス採取方法は海底１１のメタンハイドレート層１０からメタンガスを採取する方法であり以下に述べる各工程を含んでいる。

（メタンガス発生工程）
海底１１に埋蔵されているメタンハイドレート層１０内に設置された下部水平坑構築物１に設けた加熱装置３によって、上方のメタンハイドレート層１０を加熱してメタンガス４を発生させる工程

（メタンガス受け入れ工程）
前記メタンガス発生工程で発生したメタンガス４を下部水平坑構築物１の上方のメタンハイドレート層１０内に設置された上部水平坑構築物２の下部開口部から上部水平坑構築物２内に受け入れる工程

（メタンガス移送工程）
前記上部水平坑構築物２内のメタンガス４をメタンガス回収管７によって海上のメタンガス貯蔵装置に移送するメタンガス移送工程

（メタンガス貯蔵工程）
前記メタンガス移送工程によって移送されたメタンガス４をメタンガス貯蔵装置に貯蔵するメタンガス貯蔵工程
そして、前記メタンガス発生工程における加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される。

（図１について）
１ 下部水平坑構築物
２ 上部水平坑構築物
３ 電気加熱装置
４ メタンガス
５ メタンガス回収設備
６ 下部水平坑構築物から海上に向かう坑井
７ メタンガス回収管
８ 洋上風力発電装置
９ ケーブル
１０ メタンハイドレート層
１１ 海底
１２ 海水
１３ 送電線
（図２について）
１２、１４、１６ 掘削孔
１８ 第１ストリング
２０ 第２ストリング
２２ メタンハイドレート塊
２４ 熱
２８ メタンガス
３１ 電動ポンプ

Claims (6)

1. メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取装置であっ
   て、
   海底に埋蔵されているメタンハイドレート層内に設置された、下部にメタンを受け入れる開口部を有する上部水平坑構築物と、
   前記上部水平坑構築物の下方のメタンハイドレート層内に設置された下部水平坑構築物と、
   前記下部水平坑構築物に設けられ、上方のメタンハイドレート層を加熱してメタンガスを発生させる加熱装置と、
   前記上部水平坑構築物内に受け入れたメタンガスを海上の貯蔵装置に供給するメタンガス回収管と、
   を有しており、
   前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱装置であることを特徴とする、メタンガス採取装置。
2. 前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される電気加熱装置であることを特徴とする、請求項１に記載のメタンガス採取装置。
3. 前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱手段により加熱された加熱媒体を供給する加熱装置であることを特徴とする、請求項１に記載のメタンガス採取装置。
4. メタンハイドレートを含む地層からメタンガスを採取するメタンガス採取方法であって、
   海底に埋蔵されているメタンハイドレート層内に設置された下部水平坑構築物に設けた加熱装置によって、上方のメタンハイドレート層を加熱してメタンガスを発生させるメタンガス発生工程と、
   前記メタンガス発生工程で発生したメタンガスを前記下部水平構築物の上方のメタンハイドレート層内に設置された上部水平坑構築物の下部開口部から上部水平坑構築物内に受け入れるメタンガス受け入れ工程と、
   前記上部水平坑構築物内のメタンガスをメタンガス回収管によって海上のメタンガス貯蔵装置に移送し、貯蔵するメタンガス移送工程と、
   前記メタンガス移送工程によって移送されたメタンガスをメタンガス貯蔵装置に貯蔵するメタンガス貯蔵工程と、
   を有し、前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転されることを特徴とするメタンガス採取方法。
5. 前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される電気加熱装置であることを特徴とする、請求項４に記載のメタンガス採取方法。
6. 前記加熱装置は、波力発電又は洋上風力発電により発電した電力により運転される加熱手段により加熱された加熱媒体を供給する加熱装置であることを特徴とする、請求項４に記載のメタンガス採取方法。

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