JP4461413B2 - 岩盤内熱水貯蔵施設 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤内に設けた貯槽に熱水を貯蔵して発電等に利用する岩盤内熱水貯蔵施設に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、岩盤内に設けた貯槽に高温高圧の熱水を貯蔵するというエネルギー貯蔵施設の検討が進められつつある。これは、火力発電所における低負荷時の余剰エネルギーや、廃棄物・ゴミ焼却施設等からの廃熱エネルギーを熱水の形態で岩盤内の貯槽に貯蔵し、高負荷時に貯槽から熱水や蒸気を取り出して発電等に利用しようというものである。
【0003】
そのような岩盤内熱水貯蔵施設における熱水の貯蔵温度は200〜300゜C程度、貯蔵圧力は2〜20MPa程度とすることが考えられている。また、貯槽の形態としてはサイロ状あるいはトンネル状とすることが考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように200〜300゜C、2〜20MPaもの高温高圧の熱水を岩盤内の貯槽に貯蔵する場合、貯槽が比較的浅い深度に設けられると、貯槽周囲の岩盤が地下水の沸点温度以上の高温になって岩盤中の地下水が沸騰して蒸気化してしまうことが想定される。そして、地下水の蒸気が岩盤の割れ目や亀裂を通って地表に不用意に噴出してしまうことも想定されるが、そのようなことは施設周辺地域の安全性を確保する上で支障を来すので、そのような事態を未然に防止するための対策が必要とされている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項1の発明は、岩盤内に設けた貯槽に熱水を貯蔵し、該貯槽から熱水を払い出して発電等に利用する岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の周囲の岩盤中に、そこで発生した地下水の蒸気を集めて地表に放出するためのボーリング孔を前記貯槽を取り囲むように多数設けたことを特徴とする。
【0006】
請求項2の発明は、請求項1の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽に至るアクセス坑道を設け、該アクセス坑道から前記貯槽の周囲に前記ボーリング孔を設け、該ボーリング孔に集めた地下水の蒸気を前記アクセス坑道を通して地表に放出する構成としたことを特徴とする。
【0007】
請求項3の発明は、請求項2の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道を平面視において貯槽を中心とする螺旋状の斜坑として設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項4の発明は、請求項2の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道の先端部を前記貯槽の上方に位置せしめ、該アクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて前記ボーリング孔を斜め下向きの放射状に多数設けたことを特徴とする。
【0009】
請求項5の発明は、請求項1,2,3または4の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の下方の岩盤中に地下水集水用のボーリング孔を設けたことを特徴とする。
【0010】
請求項6の発明は、請求項5の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽の下方に至るアクセス坑道を設けて、そのアクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて地下水集水用のボーリング孔を斜め上向きの放射状に多数設け、該ボーリング孔により集水した地下水を該アクセス坑道を通して排水する構成としたことを特徴とする。
【0011】
請求項7の発明は、請求項2,3,4,5または6の発明の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道と前記貯槽との接続部をプラグにより封止するとともに、該プラグの貯槽と反対側の端部を岩盤により支持することで、該プラグに作用する貯槽内圧を該プラグからそれを支持する周囲の岩盤に伝達せしめることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は本発明の第1実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す図である。本第1実施形態の施設は熱水を貯蔵するためのサイロ状の貯槽1を岩盤G中の比較的浅い深度に設けたものであり、地表よりこの貯槽1に至るアクセス坑道2が平面視において貯槽1を中心とする螺旋状の斜坑として設けられているものである。
【0013】
アクセス坑道2は貯槽1を施工する際に工事用通路として設けられ、また貯槽1に対して保守点検を行う際にも使用することが可能なものであるが、この施設においては、通常の操業時にはアクセス坑道2の始端(地表での入り口)および終端(貯槽1との接続点)をそれぞれプラグ3により閉鎖しておいて、このアクセス坑道2を周辺の岩盤G中において発生する地下水の蒸気を地表に放出するための放出路として機能せしめるようにしている。
【0014】
すなわち、上記のアクセス坑道2からはその上下に多数のボーリング孔4が密に設けられていて、それらボーリング孔4が貯槽1の周囲を取り囲んでおり、貯槽1周囲の岩盤G中で発生した地下水の蒸気は自ずとそれらボーリング孔4に集められるようになっている。そしてボーリング孔4に集められた地下水の蒸気は、アクセス坑道2を通って地表に向かって上昇していき、最終的には図2に示すようにアクセス坑道2の始端に接続されている放出塔5から大気中に安全に放出されるようになっている。なお、アクセス坑道2の全長が十分に長いような場合には、地下水の蒸気がそのアクセス坑道2を上昇していく間に自然冷却されて復水し、地下水として岩盤G中に戻ることも考えられる。
【0015】
したがって、本第1実施形態の施設にあっては、貯槽1周囲の岩盤G内で発生した地下水の蒸気が岩盤Gの割れ目や亀裂を通って不用意に地表に噴出してしまうような事態を未然に回避でき、施設周辺地域の安全性を確保することができるし、地下水の蒸気を回収して有効に活用することも可能となる。
【0016】
なお、上記第1実施形態ではアクセス坑道2を角形螺旋状に設けたが、円形螺旋状に設けても勿論良い。また、上記第1実施形態ではボーリング孔4をアクセス坑道2から上下方向にのみ設けたが、上下方向のボーリング孔に加えて、あるいはそれに代えて、貯槽1の上部や下部を横断するような水平方向のボーリング孔を設けても良い。そして、岩盤Gの状況等によっては多数のボーリング孔を網目を巡らすように十分に密に設ければ設けるほど、貯槽1周囲の岩盤G全体から地下水の蒸気を確実に集めることができ、十分な信頼性を確保することができる。
【0017】
また、上記第1実施形態はサイロ状の貯槽1に適用した場合の例であるが、球状やトンネル状の貯槽の場合にも同様に適用できるものであり、その場合も貯槽全体を取り囲むようにその周囲に多数のボーリング孔を密に設ければ良い。
【0018】
さらに、上記第1実施形態のように貯槽1を施工する際に設けられる螺旋状のアクセス坑道2を蒸気の主たる放出路として利用することが好ましくかつ現実的であるが、必ずしもそれに限るものでもなく、たとえば地表から多数のボーリング孔を蒸気井のように貯槽周囲の岩盤中に向けて直接的に掘削することも考えられるし、あるいは地表から立坑を設けてその立坑から貯槽の周囲にボーリング孔を設けることも考えられる。
【0019】
図4〜図5は本発明の第2実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す図である。本第2実施形態における貯槽11は球形とされ、地表からこの貯槽11に至るアクセス坑道12の先端部が貯槽11の上方に位置しており、そのアクセス坑道12の先端部から貯槽11の周囲に向かって多数のボーリング孔13が、開いた傘の骨の如く斜め下向きの放射状に設けられ、貯槽11の周囲で発生した蒸気Sがそれらボーリング孔13により効率的に集められてアクセス坑道12を通して地表に導かれるようになっている。
【0020】
また、本第2実施形態では、貯槽11の下方に至る他のアクセス坑道14も設けられ、そのアクセス坑道14の先端部から貯槽11の周囲に向かって多数のボーリング孔15が斜め上向きに放射状に、すなわち上記のボーリング孔13と対称的に設けられている。これらボーリング孔15は貯槽11周囲の岩盤G内の地下水Wを集水するためのもので、これらボーリング孔15に集水された地下水Wはアクセス坑道14を通して地表に揚水されて排水されるようになっている。したがって、本第2実施形態では、ボーリング孔15によって貯槽11周囲から地下水が効率的に集水されて排水されることにより、貯槽11周囲での蒸気Sの発生を十分に抑制することができ、僅かに発生した蒸気Sもボーリング孔13により効率的に集められて確実に地表に導くことができるものである。
【0021】
なお、図5に示すように、本第2実施形態における貯槽11は、岩盤Gに形成した空洞20の表面に裏込め材21を介してライニング材22を敷設することで形成されている。ライニング材22はそれ自体で液密性と気密性を有するもので、たとえば薄肉鋼板等の金属板が好適に採用可能である。裏込め材21はライニング材22を背面から支持補強するもので、無筋コンクリートが好適に採用可能である。
【0022】
また、本第2実施形態では、上下のアクセス坑道12,14の先端部と貯槽11との接続部を封止するプラグ23として無筋コンクリートが採用され、図5(a)に示すように上部側のプラグ23には熱水や蒸気等の配管24が通され、同図(b)に示すように下部側のプラグ23にはマンホール25が形成されている。この場合、上記のプラグ23は自ずと周囲の岩盤Gに付着して一体化し、かつ岩盤Gの温度が上昇することで生じる圧縮応力によりプラグ23の耐圧性能とそれによる貯槽11の封止性能は自ずと確保されるが、図示しているようにプラグ23の後端部を岩盤Gに対して直接支持することとすれば、図中に矢印で示すようにプラグ23に作用する貯槽内圧Pがプラグ23を介して岩盤Gに伝達されるから、プラグ23の耐圧性能と封止性能をより高めることができる。なお、符号26は裏込め材21中に設けられた補強鉄筋、27は岩盤Gを掘削する際に補強のために設けられるロックボルトである。
【0023】
以上のように、本第2実施形態の岩盤内熱水貯蔵施設は、貯槽11の周囲に蒸気Sおよび地下水Wを集めるためのボーリング孔13,15をそれぞれ放射状に多数設けたので、貯槽11の周囲での蒸気Sの発生を抑制できかつ発生した蒸気Sを安全に処理することができることはもとより、球形の貯槽11を採用したことで最小表面積で最大容積を確保できるので最も効率的であり、かつ、その貯槽11の上下にそれぞれアクセス坑道12,14を設けたことで貯槽11および各ボーリング孔13,15を効率的に施工することが可能であり、しかもアクセス坑道12,14と貯槽11との接続部を封止するプラグ23を岩盤Gに支持せしめて設けたことからそのプラグ23の耐圧性能と封止性能を自ずと確保できるものであり、したがって本第2実施形態の岩盤内熱水貯蔵施設はこの種の施設として最も合理的かつ効率的な形態であるといえる。
【0024】
【発明の効果】
請求項1の発明は、貯槽の周囲の岩盤中にそこで発生した地下水の蒸気を集めて地表に放出するためのボーリング孔を貯槽を取り囲むように多数設けたため、貯槽周囲の岩盤中で発生した地下水の蒸気が不用意に地表に噴出してしまうような事態を未然に回避でき、施設周辺地域の安全性を確保することができるし、地下水の蒸気を回収して有効に活用することも可能である。
【0025】
請求項2の発明は、地表から貯槽に至るアクセス坑道を設けてそのアクセス坑道から貯槽の周囲にボーリング孔を設け、ボーリング孔に集めた地下水の蒸気をアクセス坑道を通して地表に放出する構成としたので、貯槽を施工する際に設けるアクセス坑道を主放出路として利用することができるし、貯槽周囲に対する多数のボーリング孔の施工もアクセス坑道から容易に行うことができるので合理的である。
【0026】
請求項3の発明は、アクセス坑道を平面視において貯槽を中心とする螺旋状の斜坑として設けたので、そのアクセス坑道から貯槽の周囲を取り囲むような多数のボーリング孔を施工し易く、最も合理的である。
【0027】
請求項4の発明は、アクセス坑道の先端部を貯槽の上方に位置せしめて、そのアクセス坑道の先端部から貯槽の周囲に向けてボーリング孔を斜め下向きの放射状に多数設けたので、貯槽周囲で発生した蒸気をそれらボーリング孔により効率的に集めることができる。
【0028】
請求項5の発明は、貯槽の下方の岩盤中に地下水集水用のボーリング孔を設けたので、貯槽周囲から地下水を排出することでそこでの蒸気発生を抑制することができる。
【0029】
請求項6の発明は、地表から貯槽の下方に至るアクセス坑道を設けて、そのアクセス坑道の先端部から貯槽の周囲に向けて地下水集水用のボーリング孔を斜め上向きの放射状に多数設け、ボーリング孔により集水した地下水をアクセス坑道を通して排水する構成としたので、貯槽周囲から地下水を効率的に集水し排水することができる。
【0030】
請求項7の発明は、アクセス坑道と貯槽との接続部を封止するプラグの貯槽と反対側の端部を岩盤により支持して、プラグに作用する貯槽内圧を周囲の岩盤に伝達せしめるので、プラグの耐圧性能とプラグによる封止性能を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す斜視図である。
【図2】 同、正断面図である。
【図3】 同、平断面図である。
【図4】 本発明の第2実施形態である岩盤内熱水貯蔵施設の概略構成を示す図である。
【図5】 同、要部拡大断面図である。
【符号の説明】
G 岩盤
S 蒸気
W 地下水
P 貯槽内圧
1 貯槽
2 アクセス坑道
4 ボーリング孔
5 放出塔
11 貯槽
12 アクセス坑道
13 ボーリング孔
14 アクセス坑道
15 ボーリング孔
20 空洞
21 裏込め材
22 ライニング材
23 プラグ
24 配管
25 マンホール
26 補強鉄筋
27 ロックボルト
Claims (7)
- 岩盤内に設けた貯槽に熱水を貯蔵し、該貯槽から熱水を払い出して発電等に利用する岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の周囲の岩盤中に、そこで発生した地下水の蒸気を集めて地表に放出するためのボーリング孔を前記貯槽を取り囲むように多数設けてなることを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
- 請求項1記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽に至るアクセス坑道を設け、該アクセス坑道から前記貯槽の周囲に前記ボーリング孔を設け、該ボーリング孔に集めた地下水の蒸気を前記アクセス坑道を通して地表に放出する構成としたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
- 請求項2記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道を平面視において貯槽を中心とする螺旋状の斜坑として設けたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
- 請求項2記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道の先端部を前記貯槽の上方に位置せしめ、該アクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて前記ボーリング孔を斜め下向きの放射状に多数設けたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
- 請求項1,2,3または4記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記貯槽の下方の岩盤中に地下水集水用のボーリング孔を設けたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
- 請求項5記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、地表から貯槽の下方に至るアクセス坑道を設けて、そのアクセス坑道の先端部から前記貯槽の周囲に向けて地下水集水用のボーリング孔を斜め上向きの放射状に多数設け、該ボーリング孔により集水した地下水を該アクセス坑道を通して排水する構成としたことを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
- 請求項2,3,4,5または6記載の岩盤内熱水貯蔵施設であって、前記アクセス坑道と前記貯槽との接続部をプラグにより封止するとともに、該プラグの貯槽と反対側の端部を岩盤により支持することで、該プラグに作用する貯槽内圧を該プラグからそれを支持する周囲の岩盤に伝達せしめることを特徴とする岩盤内熱水貯蔵施設。
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