JP2021165504A - Power generating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水力による比較的小規模な発電量を生じさせる発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system that produces a relatively small amount of power generated by hydraulic power.
従前より、特許文献1に開示されているように、上部帯水層に形成された揚水井から、当該上部帯水層より下方にある下部帯水層に形成された注入井に対して、サイホン管を用いることによって地下水を流し、この地下水の流れで発電を行うシステムが開発されている。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, from a pumping well formed in the upper aquifer to an injection well formed in the lower aquifer below the upper aquifer, a siphon A system has been developed in which groundwater flows by using a pipe and power is generated by this flow of groundwater.
しかしながら、特許文献1に開示された発電システムのように、揚水井の地下水をサイホン管で一時的に高い位置まで持ち上げてから、より低い位置にある注入井に戻すシステムの場合、例えば注入井の水位が下がってサイホン管における注入井側の端が地下水から露出してしまい、当該サイホン管内にエアが入ってしまうと、サイホン管内における地下水の流れが止まってしまい、発電も止まってしまうという問題があった。 However, in the case of a system such as the power generation system disclosed in Patent Document 1, in which the groundwater in the pumping well is temporarily lifted to a higher position by a siphon pipe and then returned to the injection well at a lower position, for example, the injection well If the water level drops and the end of the injection well side of the siphon pipe is exposed from the groundwater and air enters the siphon pipe, the flow of groundwater in the siphon pipe will stop and power generation will also stop. there were.
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、サイホン管を用いることなく地下水を循環させることによって水力発電を行う発電システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power generation system that generates hydroelectric power by circulating groundwater without using a siphon pipe.
本発明の一局面に従うと、
被圧層における、比較的多くの地下水が賦存されている地下水多量位置に対して流体的に連結された生産井と、
前記被圧層における、前記地下水が賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置に流体的に連結されており、前記生産井よりも低い位置に形成されている還元井と、
前記生産井から汲み上げられた前記地下水の少なくとも一部を前記還元井に導く水路と、
前記水路に配置され、前記地下水の運動エネルギーを受けて発電を行う発電機とを備える発電システムであって、
前記生産井から前記地下水を汲み上げることによって前記地下水多量位置の水位を下げるとともに、前記還元井に少なくとも一部の前記地下水を供給することによって前記地下水少量位置の水位を上げることにより、水位を下げる動きをする前記地下水多量位置に前記還元井に供給した前記地下水を戻すようになっていることを特徴とする
発電システムが提供される。
According to one aspect of the invention,
A production well that is fluidly connected to a large amount of groundwater in the pressure layer where a relatively large amount of groundwater is endowed.
A reduction well that is fluidly connected to a small amount of groundwater in the pressure layer where the amount of groundwater endowed is relatively small and is formed at a position lower than that of the production well.
A channel that guides at least a part of the groundwater pumped from the production well to the reduction well,
A power generation system that is arranged in the waterway and includes a generator that receives the kinetic energy of the groundwater to generate power.
A movement to lower the water level at the large amount of groundwater by pumping the groundwater from the production well and to raise the water level at the small amount of groundwater by supplying at least a part of the groundwater to the reduction well. Provided is a power generation system characterized in that the groundwater supplied to the reduction well is returned to the position of a large amount of groundwater.
本発明に係る発電システムによれば、比較的多くの地下水が賦存されている地下水多量位置の地層と地下水が賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置の地層とを適切な距離で設定して、生産井から前記地下水を汲み上げることによって地下水多量位置の水位を下げるとともに、還元井に少なくとも一部の地下水を供給することによって地下水少量位置の水位を上げることにより、水位を下げる動きをする地下水多量位置に還元井に供給した地下水を戻すようになっているので、地下水多量位置と地下水少量位置との間で地下水が循環する作用を生じさせることができる。 According to the power generation system according to the present invention, a layer at a large amount of groundwater endowed with a relatively large amount of groundwater and a layer at a small amount of groundwater endowed with a relatively small amount of groundwater are separated from each other at an appropriate distance. By setting and pumping the groundwater from the production well, the water level at the large amount of groundwater is lowered, and at least a part of the groundwater is supplied to the reduction well to raise the water level at the small amount of groundwater, thereby lowering the water level. Since the groundwater supplied to the reduction well is returned to the position where the amount of groundwater is large, the action of circulating the groundwater between the position where the amount of groundwater is large and the position where the amount of groundwater is small can be generated.
これにより、サイホン管を用いることなく地下水を循環させることによって水力発電を行うことができる。 This makes it possible to generate hydroelectric power by circulating groundwater without using a siphon pipe.
また、単に、高い位置にある貯水池やダム等から低い位置にある河川や海等に水を放流して発電を行う水力発電とは異なり、生産井から汲み上げた地下水を還元井に戻すことで当該発電システムを設けた山等の全体の水分量を保つことができ、地層や地域の環境を大きく変化させることのない発電システムを供給できる。 Also, unlike hydroelectric power generation, which simply discharges water from a high reservoir or dam to a low river or sea to generate electricity, the groundwater pumped from the production well is returned to the reduction well. It is possible to maintain the total amount of water in the mountains where the power generation system is installed, and to supply a power generation system that does not significantly change the geological formation or the local environment.
(発電システム100の構成)
本発明が適用された実施形態に係る発電システム100は、図1に示すように、大略、生産井110と、還元井120と、水路130と、発電機140と、揚水ポンプ150とを備えている。
(Configuration of power generation system 100)
As shown in FIG. 1, the
生産井110は、山間部等の比較的標高が高い地点から穿設された井戸であり、地下の地層の被圧層における、比較的多くの地下水Wが賦存されている地下水多量位置112に対して流体的に連結されている。 The production well 110 is a well drilled from a relatively high altitude point such as a mountainous area, and is located at a large amount of groundwater W in the pressure layer of the underground stratum where a relatively large amount of groundwater W is endowed. On the other hand, it is fluidly connected.
還元井120は、山間部等において生産井110よりも標高が低い地点から穿設された井戸であり、地下の地層の被圧層における、地下水Wが賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置122に流体的に連結されている。
The reduction well 120 is a well drilled from a point lower than the production well 110 in a mountainous area or the like, and the amount of groundwater W endowed in the pressure layer of the underground stratum is relatively small. It is fluidly connected to the
水路130は、生産井110から汲み上げられた地下水Wの少なくとも一部を還元井120に導くものであり、生産井110や還元井120が設けられた山間部等の地表に形成された凹所であってもよいし、当該地表から所定の高さに設けられた水道管でもよいし、当該地表よりもやや低い位置に形成された暗渠であってもよい。
The
発電機140は、水路130に配置されており、生産井110から汲み上げられた地下水Wが還元井120に向けて流れる際の運動エネルギーを受けて発電を行う機械であり、公知の水力発電用発電機が使用されている。
The
揚水ポンプ150は、生産井110の近傍に配置されており、本実施形態に係る発電システム100を起動させる際に、生産井110から地下水Wを汲み上げて地下水多量位置112の水位を下げることを目的として使用される。還元井120から生産井110への地下水Wの循環が成立した後は、当該揚水ポンプ150による地下水Wの汲み上げ動作が不要となるので、揚水ポンプ150の動作を停止させることになる。
The
なお、揚水ポンプ150の動力は、電力であれば、商用電力や太陽光発電による電力を使用することができる。もちろん、電力以外にも内燃機関等の動力を使用するポンプを揚水ポンプ150として使用することも考えられる。
As for the power of the
(還元井120から生産井110への地下水Wの循環について)
次に、還元井120から生産井110への地下水Wの循環メカニズムについて、図2を用いて説明する。基本的な原理は、比較的多くの地下水Wが賦存されている地下水多量位置112の地層と、地下水Wが賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置122の地層とを適切な距離で設定して、生産井110から地下水Wを汲み上げることによって地下水多量位置112の水位を下げるとともに、還元井120に少なくとも一部の地下水Wを供給する(戻す)ことによって地下水少量位置122の水位を上げることにより、水位が下がる動きをする地下水多量位置112に還元井120に供給した地下水Wを戻すことにある。
(Regarding the circulation of groundwater W from the reduction well 120 to the production well 110)
Next, the circulation mechanism of the groundwater W from the reduction well 120 to the production well 110 will be described with reference to FIG. The basic principle is an appropriate distance between the groundwater
被圧層の中には、上述のように、同一の地層の中でも地下水Wを多く含んでいる部分(地下水多量位置112)と地下水Wが少ない部分(地下水少量位置122)とがある。このため、同じ地層の中でも地下水Wを多く含んでいる部分と地下水Wが少ない部分とで圧力差が生じていることになる。もちろん、被圧層は地下にある圧力がかかっている地層であるから、一方が正圧、他方が負圧といった意味ではなく、あくまで「圧力に差がある」という意味である。 As described above, the pressure layer includes a portion of the same stratum containing a large amount of groundwater W (groundwater large amount position 112) and a portion having a small amount of groundwater W (groundwater small amount position 122). Therefore, even in the same stratum, there is a pressure difference between the portion containing a large amount of groundwater W and the portion containing a small amount of groundwater W. Of course, since the pressure layer is an underground layer under pressure, it does not mean that one is positive pressure and the other is negative pressure, but that there is a difference in pressure.
本実施形態に係る発電システム100は、この圧力差を利用して、地下水多量位置112にある地下水Wを汲み上げるとともに、地下水少量位置122に当該地下水Wを戻すことにより、同一あるいは近傍の地層中における地下水Wの対流を物理的に作り出して当該地下水Wを循環させることをポイントとしている。
The
還元井120に戻す地下水Wの量は、生産井110から汲み上げた地下水Wを100%戻す訳ではなく、生産井110からの汲み上げによって地下水多量位置112の水位が低下し、あるいは、地下水Wの含有量が比較的高い領域が縮小された方向に、地下水少量位置122からの地下水Wが誘水される働きを利用して、生産井110から汲み上げた地下水Wの60%から70%を還元井120に戻すようになっている。なお、還元井120に戻さずに余った地下水Wは、他の表層水と同様に地下還元される。
The amount of groundwater W returned to the reduction well 120 does not mean that 100% of the groundwater W pumped from the production well 110 is returned. 60% to 70% of the groundwater W pumped from the production well 110 is returned to the reduction well 120 by utilizing the function of attracting the groundwater W from the small amount of
このように、地下水多量位置112や地下水Wの含有量が比較的高い領域に対して、還元井120に戻された地下水Wが誘水される作用は、低水位の水が高水位の水の位置に戻ろうとする位置エネルギーを利用している。 In this way, the action of attracting the groundwater W returned to the reduction well 120 to the region where the large amount of groundwater is located 112 or the content of the groundwater W is relatively high is that the low water level water is the high water level water. It uses the position energy to return to the position.
(発電システム100による発電の手順)
次に、上述した発電システム100を用いて発電する手順を簡単に説明する。最初に適切な場所に生産井110および還元井120を設けた後、生産井110と還元井120との間に水路130を設ける。然る後、水路130に発電機140を配置するとともに、揚水ポンプ150を生産井110の近傍に配置することで発電システム100が完成する。
(Procedure of power generation by power generation system 100)
Next, a procedure for generating power using the
そして、最初に、揚水ポンプ150を稼働させることにより、生産井110から地下水Wを汲み上げていく。すると、生産井110が設けられた地下水多量位置112の水位が下がりだしていく。
Then, first, the groundwater W is pumped from the production well 110 by operating the
また、汲み上げた地下水Wを水路130に流して、当該地下水Wの運動エネルギーによって発電機140を動作させて発電するとともに、少なくとも一部の地下水Wを還元井120に戻す。
Further, the pumped groundwater W is flowed into the
すると、上述したように、生産井110から地下水Wを汲み上げることによって地下水多量位置112の水位が下げられており、かつ、還元井120に少なくとも一部の地下水Wが戻されて地下水少量位置122の水位が上がることにより、還元井120に供給した地下水Wを地下水多量位置112に戻っていき、地下水Wの循環が始まる。
Then, as described above, the water level of the groundwater
地下水の循環が始まり、揚水ポンプ150による地下水Wの汲み上げ動作が不要になった時点で当該揚水ポンプ150の動作を停止する。
When the circulation of groundwater starts and the pumping operation of the groundwater W by the
以後は、地下水Wの循環により、生産井110から還元井120への水路130を通した地下水Wの流れが続くので、発電機140による発電を引き続き行うことができる。
After that, due to the circulation of the groundwater W, the flow of the groundwater W through the
このように、本実施形態に係る発電システム100によれば、サイホン管を用いることなく地下水Wを循環させることによって水力発電を行うことができる。
As described above, according to the
また、単に、高い位置にある貯水池やダム等から低い位置にある河川や海等に水を放流して発電を行う水力発電とは異なり、生産井110から汲み上げた地下水Wを還元井120に戻すことで当該発電システム100を設けた山等の全体の水分量を保つことができ、地層や地域の環境を大きく変化させることのない発電システム100を供給できる。
Also, unlike hydroelectric power generation, which simply discharges water from a reservoir or dam at a high position to a river or sea at a low position to generate electricity, the groundwater W pumped from the production well 110 is returned to the reduction well 120. As a result, the total water content of the mountain or the like on which the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
100…発電システム
110…生産井、112…地下水多量位置
120…還元井、122…地下水少量位置
130…水路
140…発電機
150…揚水ポンプ
W…地下水
100 ...
本発明の一局面に従うと、
被圧層における、比較的多くの地下水が賦存されている地下水多量位置に対して流体的に連結された生産井と、
前記被圧層における、前記地下水が賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置に流体的に連結されており、前記生産井よりも標高が低い位置に形成されている還元井と、
前記生産井から汲み上げられた前記地下水の少なくとも一部を前記還元井に導く水路と、
前記水路に配置され、前記地下水の運動エネルギーを受けて発電を行う発電機とを備える発電システムであって、
前記還元井が設けられた前記地下水少量位置における前記被圧層の上端から地表までの厚さが、前記生産井が設けられた前記地下水多量位置における前記被圧層の上端から地表までの厚さよりも厚いことにより、前記地下水少量位置の地層における圧力が前記地下水多量位置の地層における圧力よりも高くなっており、
前記生産井から前記地下水を汲み上げることによって前記地下水多量位置の水位を下げて前記地下水多量位置の地層における圧力を下げるとともに、前記還元井に少なくとも一部の前記地下水を供給することによって前記地下水少量位置の水位を上げて前記地下水少量位置の地層における圧力を上げることにより、前記地下水多量位置の地層における圧力と前記地下水少量位置の地層における圧力との差によって水位を下げる動きをする前記地下水多量位置に前記還元井に供給した前記地下水を戻すようになっていることを特徴とする
発電システムが提供される。
According to one aspect of the invention,
A production well that is fluidly connected to a large amount of groundwater in the pressure layer where a relatively large amount of groundwater is endowed.
Wherein in the pressure layer, the ground water are fluidly connected to a relatively small groundwater minor position amounts being endowments, and reinjection wells formed in the elevation position lower than the production well,
A channel that guides at least a part of the groundwater pumped from the production well to the reduction well,
A power generation system that is arranged in the waterway and includes a generator that receives the kinetic energy of the groundwater to generate power.
The thickness from the upper end of the pressure layer to the ground surface at the position where the reduction well is provided in the small amount of groundwater is larger than the thickness from the upper end of the pressure layer to the ground surface at the position where the production well is provided in the large amount of groundwater. Because of the thickness, the pressure in the stratum at the small amount of groundwater is higher than the pressure in the stratum at the large amount of groundwater.
By pumping the groundwater from the production well, the water level at the large amount of groundwater is lowered to lower the pressure in the stratum at the large amount of groundwater, and at least a part of the groundwater is supplied to the reduction well to reduce the small amount of groundwater. the resulting in higher pressure at the formation of the groundwater minor position by raising the water level of the ground water multimeric position movement of lowering the water level by the difference between the pressure in the formation of pressure and the groundwater minor position in the formation of the ground water multimeric positions Provided is a power generation system characterized in that the groundwater supplied to the reduction well is returned to the groundwater.
本発明に係る発電システムによれば、被圧層において、比較的多くの地下水が賦存されている地下水多量位置の地層と地下水が賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置の地層とを適切な距離で設定し、かつ、生産井よりも標高が低い位置に還元井を形成することによって還元井を設けた地下水少量位置における被圧層の上端から地表までの厚さが生産井を設けた地下水多量位置における被圧層の上端から地表までの厚さより厚くなるように設定し、被圧層の上端から表面までの厚さの違いによって地下水少量位置の地層における圧力が地下水多量位置の地層における圧力よりも高くなっていることに加えて、生産井から前記地下水を汲み上げることによって地下水多量位置の水位を下げて当該地下水多量位置の地層における圧力を下げるとともに、還元井に少なくとも一部の地下水を供給することによって地下水少量位置の水位を上げて当該地下水少量位置の地層における圧力を上げることにより、地下水多量位置の地層における圧力と地下水少量位置の地層における圧力との差によって水位を下げる動きをする地下水多量位置に還元井に供給した地下水を戻すようになっているので、地下水多量位置と地下水少量位置との間で地下水が循環する作用を生じさせることができる。
According to the power generation system according to the present invention, in the pressure layer, a layer at a large amount of groundwater endowed with a relatively large amount of groundwater and a layer at a small amount of groundwater endowed with a relatively small amount of groundwater. The thickness from the upper end of the pressure layer to the ground surface at the position of a small amount of groundwater where the reduction well is provided by setting the reduction well at an appropriate distance and forming the reduction well at a position lower than the production well makes the production well. It is set to be thicker than the thickness from the upper end of the pressure layer to the ground surface at the provided groundwater large amount position, and the pressure at the groundwater small amount position is the groundwater large amount position due to the difference in the thickness from the upper end to the surface of the groundwater large amount position. In addition to being higher than the pressure in the formation , pumping the groundwater from the production well lowers the water level in the groundwater abundant position to lower the pressure in the groundwater abundant position, and at least a part of the reduction well. the isosamples raising the water level of the groundwater minor position raised pressure in the formation of the groundwater minor position by supplying groundwater, lowering the water level by the difference between the pressure in the formation of pressure and groundwater minor position in a subterranean formation water multimeric positions Since the groundwater supplied to the reduction well is returned to the position where the amount of groundwater is moving, it is possible to cause the action of circulating the groundwater between the position where the amount of groundwater is large and the position where the amount of groundwater is small.
(還元井120から生産井110への地下水Wの循環について)
次に、還元井120から生産井110への地下水Wの循環メカニズムについて、図1を用いて説明する。基本的な原理は、被圧層において、比較的多くの地下水Wが賦存されている地下水多量位置112の地層と、地下水Wが賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置122の地層とを適切な距離で設定し、かつ、生産井110よりも標高が低い位置に還元井120を形成することによって還元井120を設けた地下水少量位置122における被圧層の上端から地表までの厚さが生産井110を設けた地下水多量位置112における被圧層の上端から地表までの厚さより厚くなるように設定し、被圧層の上端から表面までの厚さの違いによって地下水少量位置122の地層における圧力が地下水多量位置112の地層における圧力よりも高くなっていることに加えて、生産井110から地下水Wを汲み上げることによって地下水多量位置112の水位を下げて当該地下水多量位置112の地層における圧力を下げるとともに、生産井110よりも標高が低い位置に形成されている還元井120に少なくとも一部の地下水Wを供給する(戻す)ことによって地下水少量位置122の水位を上げて当該地下水少量位置122の地層における圧力を上げることにより、地下水多量位置112の地層における圧力と地下水少量位置122の地層における圧力との差によって水位が下がる動きをする地下水多量位置112に還元井120に供給した地下水Wを戻すことにある。
(Regarding the circulation of groundwater W from the reduction well 120 to the production well 110)
Next, the circulation mechanism of groundwater W from
このように、地下水多量位置112や地下水Wの含有量が比較的高い領域に対して、還元井120に戻された地下水Wが誘水される作用は、地下水多量位置112の地層における圧力と地下水少量位置122の地層における圧力との差によって、地下水少量位置122における低水位の水が地下水多量位置112における高水位の水の位置に戻ろうとする位置エネルギーを利用している。
As described above, the action of attracting the groundwater W returned to the reduction well 120 to the region where the groundwater
Claims (1)
前記被圧層における、前記地下水が賦存されている量が比較的少ない地下水少量位置に流体的に連結されており、前記生産井よりも低い位置に形成されている還元井と、
前記生産井から汲み上げられた前記地下水の少なくとも一部を前記還元井に導く水路と、
前記水路に配置され、前記地下水の運動エネルギーを受けて発電を行う発電機とを備える発電システムであって、
前記生産井から前記地下水を汲み上げることによって前記地下水多量位置の水位を下げるとともに、前記還元井に少なくとも一部の前記地下水を供給することによって前記地下水少量位置の水位を上げることにより、水位を下げる動きをする前記地下水多量位置に前記還元井に供給した前記地下水を戻すようになっていることを特徴とする
発電システム。 A production well that is fluidly connected to a large amount of groundwater in the pressure layer where a relatively large amount of groundwater is endowed.
A reduction well that is fluidly connected to a small amount of groundwater in the pressure layer where the amount of groundwater endowed is relatively small and is formed at a position lower than that of the production well.
A channel that guides at least a part of the groundwater pumped from the production well to the reduction well,
A power generation system that is arranged in the waterway and includes a generator that receives the kinetic energy of the groundwater to generate power.
A movement to lower the water level at the large amount of groundwater by pumping the groundwater from the production well and to raise the water level at the small amount of groundwater by supplying at least a part of the groundwater to the reduction well. A power generation system characterized in that the groundwater supplied to the reduction well is returned to the position of a large amount of groundwater.
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