JP2020063571A

JP2020063571A - 津波対策構造を備えた発電所の取水構造

Info

Publication number: JP2020063571A
Application number: JP2018194715A
Authority: JP
Inventors: 隆英本田; Takahide Honda; 一教伊藤; Kazunori Ito
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-04-23

Abstract

【課題】発電所における押し波時の溢水現象と、引き波時の海水の確保を一つの装置で対応する【解決手段】津波防潮堤を備えた津波対策構造を有する発電所の取水構造でにおいて、津波発生時に取水路を閉鎖する溢水防止板を備え、溢水防止板には開口が設けられており、開口は押し波による取水水面が溢水以下に設定されている。引き波時に、水路内に貯められた海水を取水することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、発電所の取水構造に関する。

原子力発電所や火力発電所では、タービンを回したあとの蒸気を冷やす復水器において
海水を使用するため、海中に取水口を設け、ポンプで冷却用海水が取水される。
さらに、原子力発電所においては補機冷却海水の取水を継続する必要がある。
発電所では、津波対策が進められており、津波発生時においても取水を継続できる構造であることが求められている。

津波は押し波と引き波に分けられ、それぞれ想定される被害が異なる。
押し波時に想定される被害は、海面の上昇により発電施設が浸水することと、取水路や放水路からの溢水現象による浸水がある。
海面の上昇による浸水は、防潮堤を想定される海面より高く設置することで防ぐことができる。
特許文献１には、津波等によって水源部の水位が上昇した際の溢水量を簡易な構造で低減することができる立坑からの溢水量を低減する構造が提案されている。
特許文献２には、平常時においては外海の深層部の海水を使用できる構成としながら、津波の引き波時においても取水用地内に海水を貯水可能とする堰止装置が提案されている

特開2015-197009号公報特開2016-151164号公報

津波発生時には、押し波と引き波の両方に対して対策する必要があり、本発明は押し波時の溢水現象と、引き波時の海水の確保を一つの装置で対応することができる。

津波防潮堤を備えた津波対策構造を有する発電所の取水構造であって、該取水構造は、津波発生時に取水路を閉鎖する溢水防止板を備え、該溢水防止板には開口が設けられており、該開口は押し波による取水水面が溢水以下に設定されていることを特徴とする取水構造。

本発明の発電所の取水構造によれば、津波発生時に開口を設けた溢水防止板により取水路を閉鎖することで、押し波路は発電所内の浸水を防止し、引き波時は取水路内に海水を貯留することで取水を可能とする。従って、発電所の発電および冷却は中断しない。

発電所の断面を模式的に示した図。本発明に係る津波対策構造の作動状況を示す斜視図。本発明に係る津波対策構造を設置した場合の発電所の断面を模式的に示した図試算の寸法諸元を示す発電所の断面図試算の寸法諸元を示す発電所の断面図試算の寸法諸元を示す津波対策構造の断面図開口率と津波高さの関係を示す図。

以下に本発明の詳細を説明する。
本発明の津波対策構造を備えた発電所の取水構造は、開口を設けた溢水防止板が水路を閉鎖可能な状態で備える。常時、溢水防止板は格納された状態であり、従来の発電所の取水路構造と変わりなく取水できる。津波発生時には、直ちに溢水防止板により水路を閉鎖することにより機能を発揮する。
津波のうち、押し波時は海面上昇による浸水は、津波防潮堤によって防止する。溢水による浸水は、溢水防止板によって取水路内への海水を低減することで防止することができる。溢水防止板に設けた開口は、押し波時には海水の流入口になるが、想定した津波の条件と、取水路の構造によって適切な開口の面積とする。
津波のうち、引き波時は取水路内の取水ポンプの呑口より海面が低下することが予想できるが、津波溢水防止板によって、取水路内に海水が堰き止められ、海水が貯留され取水可能となる。
さらに、津波は２波目、３波目と襲来することが考えられるが、２波目の押し波時は溢水を防止できるのは当然であるが、押し波時には開口から新たに海水が供給され、引き波時は堰き止められた海水が貯留され取水できる。３波目以降も同様である。
ここで、海面上昇によって防潮堤、防波壁などを乗り越え建物が水に浸かることを浸水と呼び、トンネルや水路で海とつながっている取水槽等からの溢れた水による浸水を溢水と呼ぶ。

以下、図を用いて説明する。
図１は、海水を水源とした取水設備をそなえた発電所の発電所１の断面を模式的に示した図である。発電所１は敷地内に発電施設６と取水施設５が地盤G上に設置され、それらの施設の海側には津波防潮堤２を備える。津波防潮堤２は津波来襲時の想定される最高水位より高く設けられており、発電所を津波による浸水から防止する。
地盤G内には、取水のために取水路４を備え、海Sから海水を取り入れている。取水路４を通過した海水は取水槽５１を経て取水ポンプ呑み口３から取水され冷却に利用される。継続して取水するためには、取水層の水位は取水限界水位WL０よりも常に上方に位置していなければならない。
図１（ａ）は常時のうち最も水位が低い時の常時水位を示した図である。
図１（ｂ）は津波のうち、押し波による最大水位時の状況を示した図である。
図１（ｃ）は津波のうち、引き波による最低水位時の状況を示した図である。

図１（ａ）に示す常時水位WL1は潮位の観測基準面DL０ｍであり常時（津波来襲時以外）はこの水位より上に水位が位置することになる。
常時では、取水槽５１の水位はほぼ常時水位WL1となり、取水ポンプ呑み口よりもわずか上方に位置する取水限界水位WL０よりも上方に位置しているので、安定して取水することができる。

図１（ｂ）に示す押し波水位WL2は、津波のうち押し波による最大水位である。津波防潮堤２の高さを、WL2より高く設置することで、押し波による浸水を防止することができる。押し波水位WL２は、取水限界水位WL0より上方に位置するので取水には支障はない。
しかし、押し波は取水路４を通じて、発電所内の取水槽５１から溢水し、発電所内の水位が溢水水位ＷＬ２１となる。溢水により内部の発電施設６が被害を受けるほか、避難経路が溢水により避難者の避難経路を奪うことも考えられるため、確実に防止する必要がある。

図１（ｃ）に示す引き波水位WL3は、津波のうち、引き波による最低水位である。引き波水位WL３が、取水限界水位WL0よりも下方となり、取水することが不可能となる。

図２は本発明に関わる津波対策構造７により放水路４を閉鎖する直前の状況を示す図である。
津波対策構造７は放水路の端部または途中に設置され、溢水防止板７１によって放水路４を閉鎖することで機能する。溢水防止板７１は放水路に設けた溝（図示せず）にはめ込むことで水圧に抵抗する。また、溢水防止板７１の自重を大きくすることで水圧に抵抗する方法や、水路に別途設けた固定金具などで固定して水圧に対抗する方法もある。
溢水防止板７１は常時は取水の抵抗とならないように格納されており、津波発生時に直ちに放水路４内に配置される。例えば、溢水防止板７１は放水路４の上方に格納され昇降装置により下方に降ろされる方法がある。また、溢水防止板４が直ちに配置されるように格納状態から落下によって配置される方法が考えられる。その場合、溢水防止板の下部に設けた抵抗板73によって急降下せず、溢水防止板７１の損傷を防ぐことができる。
溢水防止板７１の配置は、図示はしていないが、溢水抵抗板の端部にヒンジを設けて他の端部を吊り上げ、津波発生時に吊り上げた端部を配置する方法や、放水路４の下部に埋設し電動等で所定の場所に配置する方法でもよい。
溢水防止板７１の厚さ、強度等は想定される水圧等によって適宜設計すればよい。

図３は、本発明に係る津波対策構造７を設置した場合の海水を水源とした取水設備を備える発電所の断面を模式的に示した図である。
図３（ａ）は常時水位WL1の状況を示す。津波対策構造７のうち溢水防止板７１は、常時は取水路４に干渉しない位置に格納されている。そのため、取水には何ら影響しない。常時の溢水防止板７１は津波発生時に即座に所定の場所に配置できるように準備する必要があるため、昇降設備８に接続された状態で、昇降設備８を起動することで、溢水防止板７１は下方に移動できるようにする。図示はしていないが、取水路４には津波対策構造７を落とし込む溝を設けておくのが良い。津波対策構造７は取水槽５１の水位には影響しないので、取水槽５１の水位は常時水位WL１とほぼ同一であり取水限界水位WL０より上方となり、安定して取水することができる。

図２（ｂ）は押し波水位WL2の状況を示す。押し波が来襲する前に、予め津波警報等により、昇降設備８を起動させ、津波対策構造７のうち溢水防止板７１を取水路４の海側に配置する。押し波水位WL2は津波防潮堤２の高さより低いので、津波による浸水を阻止することができる。溢水防止板７１に設けた開口７４からは、海水が流入して取水槽５１の水位を上昇させ、押し波が引き波に変わる直前に取水槽内押し波水位WL２２となる。WL２２の水位は、開口７４の大きさと津波高さによって決まるので、適宜設計によって決める。取水槽内押し波水位WL２２は取水限界水位WL０より上方となり、安定して取水することができる。

図２（ｃ）は引き波水位WL3の状況を示す。引き波により、水位が下がり引き波水位WL3となっても、溢水防止板７１が取水路４内の水をせき止めており、取水槽内引き波水位WL32となる。この取水槽内引き波水位WL32は、取水ポンプ呑み口３からの取水と、溢水防止板７１に設けた開口７４から出水により徐々に低下する。取水できる量は、取水路内の体積と、開口７１の高さによって決まるので、必要な取水量等を考慮して適宜決定するのが良い。

津波対策構造７は、想定される津波高さ等によって、溢水防止板７１を設置する位置や開口７４の大きさ、取水が継続できる時間等を検討する必要がある。そこで、下記の条件を仮定して、開口の大きさ等を検討した試算例を示す。

主な条件を以下に示す。また、発電所の寸法諸元を図４と図５、溢水防止板７１の寸法諸元を図６に仮定した。
津波高：H = 10 m
津波の継続時間（押波）：T = 600 s（10分間）
津波の引き波時間：T’ = 600 s（10分間）
取水路断面積：A = 16.0 m2（= 4 m×4 m）
津波対策構造の開口面積：a = 0.16 m2（= 0.4 m×0.4 m）
ポンプ室平面積：AH = 200.0 m2（= 20 m×10 m）
取水流量（津波来襲時）：Qw = 1.0 m3/s
取水限界水位：D.L. −7.0ｍ

（押し波時の検討）
まず、取水路内の流速Vは、ベルヌーイの定理を用いて以下のように求められる。
V=√（2gh）＝√（２×９．８１×１０）＝１４．０１（ｍ／ｓ）

津波対策構造７が無い場合の流入量Q0および津波対策構造７を配置した場合の流入量Qinは、以下となる。
Q０=V・A＝１４．０１×１６．０＝２２４．１６ (m3/s)
Qin＝VCc・a=14.01×０．６×０．１６＝１．３４５ (m3/s)

ここで、Ccは縮流係数で、一般的な値としてCc = 0.6とした。
津波対策構造７の開口率a / Aを1.0 %（= 0.16 / 16.0）とした場合、津波による海水の流入率Qin / Q0は0.6 %（= 1.345 / 224.16）となる。
津波の継続時間をT = 600 sとすると、ポンプ室の水位上昇量△hは以下のように求められる。
△h＝（Qin・T）／AH＝（１．３４５×６００）／２００＝４．０３５(m）

よって、ポンプ室の上昇水位はDL +4.035 m（ = DL 0.0 m + 4.035 m）となり、地盤高DL +5.0 mを超えないためポンプ室からの溢水は無い。
※）実際にはポンプ室水位が上昇するにつれて津波の流入量は減少するため、上記の試算は過大（安全側）の結果となっている。
仮定した条件で津波高Hが異なる場合について、開口率a / Aとポンプ室水位の関係を図7に示す。想定する津波の高さによって、開口率を検討すればよいことがわかる。

引き波時は、津波対策構造７の開口下端の水位（D.L.-5.0m）まで貯水できる。取水ポンプによる取水可能水量は、取水限界（D.L.-7.0m）より上方の貯水容量Vwとなる。

Vw＝２．０×（６０×４＋２０×１０＋２０×１０）＝１２８０（ｍ３）

取水流量をQwとすれば、取水可能時間Twは次のように求められる。

Tw＝Vw／Qw＝１２８０／２１．３（min）

取水可能時間Tw = 1280 s（21.3分間）は津波の引き波時間T’ = 600 s（10分間）より長いことから、引き波時間中の継続取水が可能である。

１：取水施設
２：津波防潮堤
３：取水ポンプ呑み口
４：取水路
５：ポンプ室
６：発電施設
７：津波対策構造
８：昇降設備

Claims

津波防潮堤を備えた津波対策構造を有する発電所の取水構造であって、
該取水構造は、津波発生時に取水路を閉鎖する溢水防止板を備え、
該溢水防止板には開口が設けられており、
該開口は押し波による取水水面が溢水以下に設定されていることを特徴とする取水構造。
該溢水防止板は昇降して取水路を開閉する昇降型溢水防止板で有ることを特徴とする、請求項１に記載の取水構造。
該溢水防止板は抵抗体を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の取水構造。