JP3451459B2 - 逆浸透法海水淡水化装置を備えた地下式海水揚水発電設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、海水を地下に導く
ことによって落差による発電を可能とすると同時に海水
を淡水化してこれを地上に揚水回収可能とした揚水発電
設備に係り、特に落差発電を昼間行い得られた真水を夜
間電力を利用することによって電力消費効率を向上させ
た地下式海水揚水発電設備に関する。 【０００２】 【従来の技術】海水を淡水化するための各種のプラント
や装置が従来から広く開発され、特に雨不足による渇水
などの対策に利用されている。このような海水の淡水化
に利用される装置の一つの典型的な例として、逆浸透法
を適用したものがある。 【０００３】この逆浸透法による海水の淡水化では、海
水の塩分濃度が高くてその浸透圧が２５気圧であるた
め、淡水を得るためには、海水側に５０気圧以上の圧力
を加える必要があり。このため、地上での設備とした場
合では、海水を貯めてこれに圧力をくわえるためのポン
プを高圧ポンプとする必要があり、そのコスト面での障
害が大きい。 【０００４】また、５０気圧以上の圧力を加えるため使
用電力量も非常に大きくなる。特に、発電用として化石
燃料を用いた火力又は原子力発電に頼る場合では、電力
を多量に消費することになり、経済的な面から見れば、
淡水化プラントの操業には適していない。 【０００５】一方、海水の淡水化に際しては、海水を回
収してからこれを淡水化することになる。このため、例
えば水力発電のように落差を利用して海水によって発電
するようにすれば、海水自身を利用した発電が可能とな
り、設備面での障害が解消されることになる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】このように、海水の淡
水化には設備上での問題が大きいが、海水を利用して発
電するようにすれば、海水の淡水化だけでなく、発電に
よる電力を電力会社に供給することもできる。この場
合、海水による発電を昼間に行って電力会社に供給する
ようにすれば、多大の電力が発生されるためその収益も
大きく、そして地下に溜まった真水や残余の海水の揚水
を安い夜間電力を使うことで差額を生み出すことがで
き、これによって電力事情の改善に貢献することもでき
る。 【０００７】本発明において解決すべき課題は、地下式
海水揚水発電設備において海水の淡水化ができしかも淡
水化後の真水及び残余の海水を揚水するための電力が安
価に得られる地下海水揚水発電設備を提供することにあ
る。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、海面下の最低
レベルからの有効落差が、海水から真水が逆浸透により
抽出される圧力以上の地下に、逆浸透法海水淡水化装置
を地中に設置し、前記逆浸透法海水淡水化装置の下流側
にポンプ水車を設けるとともに該ポンプ水車の出力軸に
発電電動機を接続し、前記逆浸透法海水淡水化装置から
抽出された真水及び残余の海水のそれぞれを、前記ポン
プ水車によって地上側に揚水回収可能とし、前記発電電
動機を地上側の受給電設備に接続してなることを特徴と
する。 【０００９】 【発明の実施の形態】海面下の最低レベルからの有効落
差が、海水から真水が逆浸透により抽出される圧力以上
の地中に、海水淡水化装置を備えることにより、淡水化
の際には海水自身のヘッドをそのまま利用して処理する
ことができる。 【００１０】また、ポンプ水車の出力軸に接続した発電
電動機は、淡水化装置を出た残余の海水を利用して回転
駆動されて電力を発生させ、この電力を地上側の受給電
設備との間でやり取りすることができる。 【００１１】 【実施例】図１は、本発明の逆浸透法による淡水化装置
を備えた地下式海水揚水発電設備の概要を示す図であ
る。 【００１２】図において、海岸縁に設けた取水口１部分
から立て坑２が地下６００ｍ以上程度まで掘削されその
下端部に地下室３が構築されている。地下室３内には、
逆浸透法による海水の淡水化装置４、反動式ポンプ水車
５、地下淡水貯水槽６、地下海水貯水槽７がそれぞれ配
置されている。また、地上側には、真水貯水槽８、海水
貯水槽９がそれぞれ設備されている。 【００１３】取水口１には、フィルタ１ａ及び海水の前
処理装置１ｂを備え、立て坑２の中に設けた主管１０に
連絡管１１を介して接続される取水管１ｃを配管してい
る。主管１０はその上端を海水貯水槽９まで配管し、下
端側に分岐管１２を接続するとともに、淡水化装置４の
流入側に接続している。 【００１４】淡水化装置４は、従来周知の逆浸透法を利
用したものであり、内蔵した半透膜によって真水と塩水
とを分離可能としたものである。そして。淡水化装置４
の排水管４ａを地下淡水化貯水槽６まで配管し、淡水処
理された真水をこの地下淡水貯水槽６に供給する。 【００１５】反動式ポンプ水車５の回転軸は、その上部
に配置した発電電動機１３に連結され、そのケーシング
には揚水管１４を接続するとともに排出管１５を連結し
ている。この揚水管１４の上端は真水貯水槽８まで配管
され、その中途を分岐管１２及び淡水化装置４にそれぞ
れ接続している。更に、揚水管１４には、コンプレッサ
１６を空気供給管１６ａによって接続し、この空気供給
管１６ａにはバルブ１６ｂを組み込んでいる。また、排
出管１５は、二股状に分岐し２本の連絡管１５ａ，１５
ｂによってそれぞれ地下淡水貯水槽６及び地下海水貯水
槽９までの流路を接続している。 【００１６】発電電動機１３は、送電線１７ａによって
配電制御盤１７に接続され、この配電制御盤１７は送電
線１７ｂによって電力会社１８に送電接続されている。
また、真水貯水槽８は、送水管８ａによって配水池８ｂ
まで流路を接続している。 【００１７】更に、取水管１ｃから排出管１５のそれぞ
れには、流路開閉用のバルブ２１、・・・・・３３が組
み込まれ、これらのバルブ２１、・・・・・・３３のそ
れぞれの開閉操作によって、海水の淡水化、真水の揚
水、残存海水の揚水回収及び発電電動機１３による発電
等の操作に切り替えて操業可能とする。 【００１８】以上の構成において、海水を取水してこれ
を淡水化装置４によって淡水化する操作は次のとおりで
ある。 【００１９】まず、淡水化装置４の上流側において、バ
ルブ２１、２３、２５のみを開いておき、下流側では、
バルブ２７、３１、３３のみを開いておく。これによ
り、取水口１からは、淡水化装置４までのヘッド差によ
り主管１０からこの淡水化装置４に海水が流れ込み、５
０気圧以上の圧力で通過していく。このような海水の流
れによって、流入した海水の全量の４割程度が真水とし
て処理され、地下淡水貯水槽６へと供給される。 【００２０】一方、淡水化されていないままの海水は、
大きな圧力が残存していて高圧水のまま反動式ポンプ水
車５へ供給される。これにより、反動式ポンプ水車５の
回転軸の回転によって発電電動機１３の出力軸が回転駆
動され、発電された電気は、配電制御盤１７から電力会
社１８に供給される。従って、海水の淡水化と同時に電
力を外部に供給することができ、反動式ポンプ水車５を
出た海水は、地下海水貯水槽７に一時的に蓄えられる。 【００２１】このような海水の淡水化及び発電の操作
は、昼間の間に行うようにし、例えば８時間の連続運転
によって、地下淡水貯水槽７には真水が及び地下海水貯
水槽８には海水が満水状態になるまで操業するものとす
る。そして。この淡水化の操作と同時に得られた発電電
力を電力会社１８に送電することによって、この電力を
売電することができ、設備操業の資金として回収するこ
とができる。 【００２２】次いで、地下淡水貯水槽６から真水を地上
側の真水貯水槽８に揚水回収する操作は以下の要領で行
う。 【００２３】まず、淡水化装置４の下流のバルブ２７及
び連絡管１５ａのバルブ２９、３２を閉じておき、コン
プレッサ１６から圧縮空気を反動式ポンプ水車５に供給
する。此れにより、流路内に残っている海水はすべて地
下海水貯水槽７に排出され、反動式ポンプ水車５内が空
気で満たされるようになり、この時点でバルブ３３を閉
じる。そして、バルブ３２を開くと同時にバルブ３１を
閉じることで地下淡水貯水槽６からの真水が反動式ポン
プ水車５内に流入してそのケーシング内が真水によって
満たされる。 【００２４】この後、バルブ２８、２９を開き、反動式
ポンプ水車１３を発電電動機１３によって駆動する。こ
のときの発電電動機１３への電力の供給は、たとえば夜
間の余剰電力として電力会社１８から受け取るようにす
る。すなわち、真水の地上への回収は、夜間の値段の安
い電力を利用することによって、揚水のために駆動する
反動式ポンプ水車５ので電力消費によるコストの削減を
はかる。 【００２５】反動式ポンプ水車５を駆動させた後、バル
ブ３１を徐々に開いていく。このような操作によって、
地下淡水貯水槽６内の真水が反動式ポンプ水車５による
揚圧によって揚水することができる。この場合、揚水管
１４のバルブ２９、２８は開いておき、これから分岐し
ている配管のバルブ２６、２７、３０は閉じるととも
に、コンプレッサ１６側のバルブ１６ｂを閉じておくこ
とは無論である。 【００２６】このような地下淡水貯水槽６からの真水の
回収によって、真水が地上側の真水貯水槽８に送り込ま
れて一時的に溜められる。そして、一般家庭用等の給水
として利用するため送水管８ａから配水池９に供給され
る。 【００２７】更に、地下海水貯水槽８に残っている海水
を地上の海水貯水槽９に揚水して回収する。この操作
は、まずバルブ２５、２７、２８、２３を閉じるととも
に、バルブ２４、３３を開く。そして、発電電動機１３
によって反動式ポンプ水車５を駆動することによって、
地下海水貯水槽７の海水を海水貯水槽９に揚水回収する
ことができる。この海水貯水槽９に供給された海水は塩
分濃度が高いので、送水管９ａを配管して塩田等に導く
様にすれば製塩業に有効に利用できるほか、その他の化
成工業にも好適に利用できる。 【００２８】また、このような海水の回収に代えて、バ
ルブ２４、２１を閉じるとともにバルブ２３、２２を開
ける操作によって、反動式ポンプ水車５による揚水力に
よって、海水を連絡管１１からそのまま海に向けて放出
することができる。 【００２９】このように、海水を淡水化処理するとき、
逆浸透法を用いた淡水化装置４を地下に配置し海面の干
潮時のときのヘッドが５０気圧以上好ましくは５５気圧
以上であれば、このヘッドを利用することによって、淡
水処理が簡単に行える。そして、反動式ポンプ水車５を
備えることにより、海水を淡水化させる時には同時に発
電電動機１３を駆動することによって電力を得ることが
でき、この電力を電力会社に売電するとともに、夜間の
電力を買電して真水の地上側への揚水回収や海水の回収
などが可能となり、単に海水の淡水化だけでなく、これ
に伴って得られる電力を有効に利用した設備として活用
することができる。 【００３０】なお、実施例では揚水用として反動式ポン
プ水車５を例としたが、これに代えてペルトン水車等の
衝撃式水車であってもよく、この場合では淡水化された
真水及び残余の海水の揚水のための揚水ポンプを備える
ようにすればよい。 【００３１】 【発明の効果】本発明では、海水の淡水化と同時にポン
プ水車を海水の流れによって回転させることができ、こ
れによって発電電動機を駆動することで電力を得ること
もできる。このため、たとえば渇水期等において海水を
淡水化する場合では、昼間に海水を地下に供給して淡水
化処理するときに海水の落差発電によって得られる電力
を電力会社に供給し、揚水のための電力をコストの低い
夜間電力とすることによって真水及び残余海水の揚水が
安価に行われることになり、経済効率の高い設備とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の１実施例を示す概要図である。 【符号の説明】 １ ：取水口 ２ ：立て坑 ３ ：地下室 ４ ：淡水化装置 ５ ：反動式ポンプ水車 ６ ：地下淡水貯水槽 ７ ：地下海水貯水槽 ８ ：真水貯水槽 ９ ：海水貯水槽 １０：主管 １１：連絡管 １２：分岐管 １３：発電電動機 １４：揚水管 １５：排出管 １６：コンプレッサ １７：配電制御盤

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 海面下の最低レベルからの有効落差が、
   海水から真水が逆浸透により抽出される圧力以上の地下
   に、逆浸透法海水淡水化装置を設置し、前記逆浸透法海
   水淡水化装置の下流側にポンプ水車を設けるとともに該
   ポンプ水車の出力軸に発電電動機を接続し、前記逆浸透
   法海水淡水化装置から抽出された真水及び残余の海水の
   それぞれを、前記ポンプ水車によって地上側に揚水回収
   可能とし、前記発電電動機を地上側の受給電設備に接続
   してなる逆浸透法海水淡水化装置を備えた地下式海水揚
   水発電設備。