JP5647562B2 - 外部電源および淡水受容れ設備、電源および淡水供給船、およびそれらからなる電源および淡水供給システム - Google Patents

Description

本発明は、沿岸に立地した原子力発電所に係り、発電所内の電源喪失時に備えて、電気さらに淡水を供給可能な技術に関する。

原子力発電所では、発電して外部に送電する一方、原子炉を運転、使用済燃料を貯蔵するのに電気を使用している。原子力発電所では、原子炉での核分裂による熱エネルギーを利用して水を高温にし、原子炉内もしくは蒸気発生器で発生させた水蒸気を使ってタービンを回転させ、発電機を稼働して発電している。発電に使われた水蒸気は、海水などの冷却水をポンプでくみ上げて循環させた復水器で水に戻され、原子炉内もしくは蒸気発生器にポンプで還流している。原子炉内の水は、再循環系ポンプ、もしくはインターナルポンプで循環させる。また、原子炉内の水を浄化するためにもポンプを用いて循環している。さらに、原子力発電所内にある使用済燃料貯蔵槽では、使用済燃料を冷却するために貯蔵槽の水をポンプで循環させて熱交換を行っている。このようなポンプの稼働のほか、原子炉の監視、制御などにも電気を使用している。

通常、発電所内で使用する電気は原子炉で発電した電気で賄われているが、制御棒を使って原子炉での核分裂反応を停止した後は残留熱除去系統（余熱除去設備ともいう）などで水を循環させることにより原子炉や使用済み燃料を継続して冷却する必要があるため、発電所内で別の原子炉が発電した電気や、発電所の外部から供給された電気を使用している。発電所外部からの電気の供給は、発電所の送電系統など陸上の設備が使用される。また、発電所内の原子炉が一斉に停止し、外部から電気の供給が途絶えた場合であっても、発電所内のディーゼル発電機やバッテリなどの非常用電源が必要な電気を供給する設計となっている。

また、原子炉を冷却する水は、沸騰水型原子炉では高純度水、加圧水型原子炉ではホウ素やリチウムイオンを添加した純水であり、熱交換器を介して冷却される。漏洩等により原子炉内の冷却水が喪失すると、燃料の崩壊熱を除去できず燃料の溶融、損傷を招き、深刻な事態となることから、圧力容器、配管等の冷却水圧力バウンダリとなる機器の損傷に対する慎重な管理が常時実施されている。

使用済燃料貯蔵槽では、冷却水を循環させて使用済燃料の崩壊熱を除去し、通常室温付近の温度に維持されている。また、蒸発等により冷却水が減量しても発電所内の純水製造機から補給される。

原子力発電所の全電源喪失を防ぐ手段として、特開平７−１６７９８６号公報、特開平８−２５１８４１号公報および特開平１１−９４９８８号公報に隣接する原子力発電所から非常用の電力供給を受ける非常用電源設備が開示されている。

特開平５−３４１０９３号公報には使用済み燃料プールに設置している非常用電源装置を可搬式として他機器の非常用電源に流用する方法が開示されている。

特開２００５−２２７０１７号公報には非常用直流電源を効率良く給電する直流電源システムが開示されている。

将来炉の構造として、非常用炉心冷却設備の貯水槽が原子炉の上部に配置され、ポンプによる給水がなくても炉心に冷却水を供給できる方法が例えば特開平８−２８５９８３号公報に開示されている。

特開平７−１６７９８６号公報 特開平８−２５１８４１号公報 特開平１１−９４９８８号公報 特開平５−３４１０９３号公報 特開２００５−２２７０１７号公報 特開平８−２８５９８３号公報

原子力発電所は、甚大な災害に際しても、深刻な原子力事故を引き起こさないように安全に停止し安定させるため、幾重にも安全面でのバックアップ施策を敷いておく必要がある。

陸上からの外部電源は、地震等による大規模停電により喪失し、送電および変電設備の損傷により復旧に時間を要する可能性がある。発電所内の原子炉は、地震等の緊急時には一斉に制御棒を挿入して原子炉の停止操作がなされ、発電を停止する。そのため、外部電源を喪失し、発電所内の原子炉すべてが発電を停止した場合に備えて、発電所内のディーゼル発電機などの非常用電源によって、原子炉や使用済燃料貯蔵槽の冷却など発電所に必要な電力が賄われることになっている。しかし、大地震や大津波によって、地上の電源設備が損傷して稼働しない状況が考えられ、全電源喪失により原子炉や使用済燃料貯蔵槽の冷却機能を失わないように施策が必要である。例えば、非常用ディーゼル発電機が稼働できないようになった後、非常用バッテリによる電力で必要最小限の機能を維持している時間内に代替の電源を確保する必要がある。

また、原子炉や使用済燃料貯蔵槽の冷却水も、機器からの漏洩や冷却機能喪失による蒸発によって減量した場合、補給する必要がある。発電所内電源が失われた状態では、純水貯蔵タンクから外部のポンプを使って短時間であれば供給することができるものの、周囲に淡水の水源がなければ、沿岸に立地した原子力発電所の場合は機器を構成する材料の腐食を危惧しながらも海水を供給することになる。

大地震、大津波などといった災害時には、地上のアクセス道路が瓦礫の蓄積、地割れなどにより寸断されて復旧に時間を要するほか、大型の設備を輸送できないことが考えられる。このような状況で、電源車などの車両を原子力発電所に派遣して原子力発電所の電源を短時間で復旧するのは困難と想定される。

沿岸に立地した原子力発電所では、発電所に設置された港湾施設を使って、船舶による発電機など輸送する手段があるものの、地震や津波によって港湾施設が破壊された場合に船舶の接岸や機器の陸揚げができない状況も想定される。特に津波による破壊力は、水深が小さくなると潮位が上がって増大し、港湾施設に甚大な被害を及ぼすことがある。

そこで、本発明の目的は、陸上の電源設備を喪失した場合でも、全電源喪失さらに冷却水喪失を回避もしくは喪失事故による被害の拡大を防止できる原子力発電所を提供することにある。

本発明の原子力発電所は、当該原子力発電所の港湾、または津波の被害を受けにくい当該原子力発電所の沖合いに当該原子力発電所と接続された外部電源の端子さらに淡水供給口を有した設備を設け、発電設備さらに淡水貯蔵・供給できる船舶から当該設備を介して、当該原子力発電所に電気さらに淡水を供給することを特徴とする。

本発明によれば、原子力発電所において災害によって陸上の外部電源および非常用発電所内電源を喪失した場合に、機能を喪失する可能性のある港湾施設に直接接岸しないで当該原子力発電所に電気さらに淡水を供給することができ、その結果当該原子力発電所の全電源喪失さらに冷却水喪失を回避もしくは喪失事故による被害の拡大を防止することができる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備と接続経路の設置例を示す図である。 本発明の沖合いに海上建造物として設置された外部電源および淡水受容れ設備の模式図である。 本発明の沖合いに海底建造物として設置された外部電源および淡水受容れ設備の模式図である。 本発明の地中接続経路として設置した地下トンネルの構造を示す図である。 本発明の地中接続経路に設置したケーブル溜りを説明する図である。 本発明の給水配管屈曲部構造を示す図である。 本発明の電源および淡水供給船を示す図である。 本発明の外部電源および淡水受容れ設備における電源および淡水給水接続部構造を示す図である。 本発明の電源および淡水供給船から外部電源および淡水受容れ設備への供給管接続作業を示す図である。 本発明の外部電源および淡水受容れ設備における外部電源端子および淡水供給口の配置を示す図である。 本発明の沖合いに海底建造物として設置され、浮上構造物を備えた外部電源および淡水受容れ設備の模式図である。

本発明は、沿岸に立地する原子力発電所の安全性維持に係り、災害時に原子力発電所の全電源喪失および冷却水喪失を回避可能な電源および淡水供給システムに関する。

本発明は、原子力発電所の港湾または沖合いに設置した外部電源および淡水受容れ設備を介して、船舶から原子力発電所に電気と淡水を供給する電源および淡水供給システムを提供するものである。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、原子力発電所の港湾または津波の被害を受けにくい沖合いに設置され、当該原子力発電所と接続された外部電源の受電端子さらに望ましくは淡水供給口を有し、発電設備さらに望ましくは淡水貯蔵槽を有した電源および淡水供給船から、当該原子力発電所に電気望ましくは淡水を供給することを特徴とする。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、沖合いに設置したことにより津波の被害が比較的小さく抑えられ、被災した港湾施設に接岸しないで、電源および淡水供給船から当該原子力発電所に電気さらに淡水を供給することができる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、原子力発電所との接続経路が、海底の地中に電源ケーブル、給水配管を埋設したことを特徴とする。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備と原子力発電所の接続経路として、海底の地中に電源ケーブル、給水配管を埋設することにより、海岸付近で津波により寸断されることを抑制できる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、原子力発電所との接続経路が、電源ケーブル、給水配管をコンクリート管、防食処理を施した金属管もしくは強化樹脂によって保護し、海底に施設したことを特徴とする。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備と原子力発電所の接続経路として、津波による被害を推定し、津波により比較的破壊される可能性の小さい場所、例えば沖合い部で、電源ケーブルおよび給水配管をコンクリート管、防食処理を施した金属管もしくは強化樹脂によって保護し、海底に施設することにより、施設コストを低減できる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、原子力発電所に２基以上設置され、相互に連結されて複数の経路で原子力発電所に接続されていることを特徴とする。

外部電源および淡水受容れ設備を複数設置して相互に結合することにより、設備の一部が使用できなくても複数の経路から原子力発電所に電気さらに淡水を供給することができる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、海上に設置した潮力発電施設と接続することを特徴とする。

海上に設置した潮力発電施設または波力発電施設と接続することにより、電源および淡水供給船が到着しなくても電気を供給することができる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、船舶が接岸できるように海底に基礎を置いた海上建造物、もしくは普段は海中にあって船舶から外部電源の端子または淡水供給口に接続できる構造とした海底建造物であることを特徴とする。

外部電源および淡水受容れ設備を船舶が接岸できるように海底に基礎を置いた海上建造物とすることによって、普段は電源ケーブルから灯台を点灯して船舶の航行に注意を促し、当該設備での外部電源受電端子ならび淡水供給口への接続作業を容易にすることができる。

本発明の外部電源および淡水受容れ設備は、普段は海中にあって海底建造物に設置され、外部電源の端子または淡水供給口を備えた外部電源受電および淡水供給設備を有した浮上構造物が、外部電源および淡水供給時に浮きへのガス充填あるいはタンクからの強制排水により得られる浮力もしくは船舶によって引き上げられて海上に浮上して船舶から外部電源および淡水の供給を受けることを特徴とする。

外部電源および淡水受容れ設備を、普段は海中にあって船舶から外部電源の端子または淡水供給口に接続できる構造とした海底建造物とすることによって、波浪による破損を抑制できることから、比較的海岸に近い沖合いに当該設備を設置することができる。また、海底建造物とした外部電源および淡水受容れ設備において、外部電源の端子または淡水供給口を備えた外部電源受電および淡水供給設備を有した浮上構造物を、外部電源および淡水供給時に浮きへのガス充填あるいはタンクからの強制排水により得られる浮力もしくは船舶によって引き上げられて海上に浮上させることによって、電源および淡水供給船から外部電源の端子または淡水供給口への接続作業を容易にすることができる。

本発明の海底の地中に電源ケーブル、給水配管を埋設した接続経路は、想定地震動に応じた壁の厚さを有する地下トンネル構造とし、内部をカメラが移動して監視できる設備、電源ケーブルもしくは給水配管の破損を遠隔で検知できる検出器を備えたことを特徴とする。

沖合いの外部電源および淡水受容れ設備と原子力発電所を接続する海底の地中に電源ケーブル、給水配管を埋設した接続経路を、想定地震動に応じた壁の厚さを有する地下トンネル構造とし、内部をカメラが移動して監視できる設備、電源ケーブルもしくは給水配管の破損を遠隔で検知できる検出器を備えることにより、電源ケーブルと給水配管の劣化を防ぐとともに、耐震性と保守性も具備できる。

本発明の接続経路は、地震等による地盤の変化に備えて、所定の間隔で電源ケーブル長を確保するためのケーブルを格納するケーブル溜りを設置すること、または柔軟性に富んだ材質の蛇腹配管部で予め給水配管を屈曲させて設置することを特徴とする。

沖合いの外部電源および淡水受容れ設備と原子力発電所を接続する接続経路において、所定の間隔で電源ケーブル長を確保するためのケーブルを格納するケーブル溜りを設置すること、または柔軟性に富んだ材質の蛇腹配管部で予め給水配管を屈曲させて設置することによって、地震等による地盤の変化に対する電源ケーブルおよび給水配管の損傷を防止できる。

本発明の電源および淡水供給船は、発電に必要な燃料を自船の燃料タンクだけでなく他の船舶からも補給できる発電設備を有し、望ましくは他の船舶からも給水を受けることができる淡水貯蔵槽と送水ポンプを有し、外部電源および淡水受容れ設備に電気および淡水を供給することを特徴とする。

電源および淡水供給船は、発電に必要な燃料を自船の燃料タンクだけでなく他の船舶からも補給できる発電設備を有し、望ましくは他の船舶からも給水を受けることができる淡水貯蔵槽と送水ポンプを有することによって、他の船舶から継続的に燃料および淡水を供給して、原子力発電所に連続して電気および淡水を供給することができる。

本発明の外部電源および淡水接続部構造は、外部電源および淡水受容れ設備にある外部電源受電端子ならび淡水供給口の受容れ口の形状を円錐状にして、電源および淡水供給船から持ち込んだ接続部を受容れ口に押し付けることで固定される構造となっていることを特徴とする。

外部電源および淡水受容れ設備にある外部電源受電端子ならび淡水供給口の受容れ口の形状を円錐状にして、電源および淡水供給船から持ち込んだ接続部を受容れ口に押し付けることで固定される構造とすることにより、放射線等の影響で作業員が上陸して長時間作業できない場合に、電源および淡水供給船からの受容れ口の目標位置が大きくなることから、遠隔操作でも短時間で接続作業を実施できる。

本発明の電源および淡水供給システムは、電源および淡水供給船が、交流電源喪失後直流電源が維持できる時間内に原子力発電所に到着できる港湾と、対象の原子力発電所に対して遠隔の港湾に同時に整備されることを特徴とする。

電源および淡水供給船が、全交流電源喪失後直流電源が維持できる時間内に原子力発電所に到着できる港湾に整備されることによって、原子力発電所が全電源喪失に至る前、もしくは全電源喪失に至ったのち短時間内に原子力発電所に電気および淡水を供給することができる。また、電源および淡水供給船が、同時に対象の原子力発電所に対して遠隔の港湾に整備されることによって、大規模な災害に被り、対象の原子力発電所近辺の港湾に整備された電源および淡水供給船が使用できなくなった場合も、全電源喪失による被害の拡大を防止することができる。

以上の本発明の施策によって、原子力発電所において災害によって陸上の外部電源および非常用発電所内電源を喪失した場合に、当該原子力発電所の全電源喪失さらに冷却水喪失を回避もしくは被害の拡大を防止することができる。

図１に沿岸に立地した原子力発電所に、外部電源および淡水受容れ設備を設置した例を示す。当該原子力発電所に付属する港湾２は、水深を１３ｍ以上とし、普段も比較的大型の貨物船が接岸できる。港湾２内にも、船舶から外部電源および淡水を供給できる外部電源および淡水受容れ設備（港湾設備）７を２基設置した。これは、原子力発電所により近い港湾２内からも、船舶により外部電源および淡水を供給するためである。３基の外部電源および淡水受容れ設備（海底建造物）８、外部電源および淡水受容れ設備（海上建造物）９を港湾より異なる距離をおいて沖合い３に設置した。

大津波による引き波と破壊を考慮して水深２０mよりも深い海底に設置した。深度２５mの地下トンネルに電源ケーブルと給水配管を通した地中接続経路１０によって、外部電源および淡水受容れ設備８，９と原子力発電所を接続した。水深が２５mより深い位置に設置された外部電源および淡水受容れ設備８には、地中接続経路１０から電源ケーブルと給水管を海底に出し、樹脂カバーで保護された防錆処理金属製配管にそれらを通した海底接続経路１１によって接続した。

５基の外部電源および淡水受容れ設備７，８，９は、それぞれが原子力発電所と直接接続されているほか、相互に接続させた。これにより、外部電源および淡水受容れ設備７，８，９は複数の経路で原子力発電所と接続し、原子力発電所と接続されている経路の１つが破損して使用できなくても、他の経路を使って外部電源および淡水受容れ設備７，８，９から電気または淡水を供給できる。なお、外部電源および淡水受容れ設備である、港湾設備、海底建造物、海上建造物は全てを設置することはなく適宜設置するようにしてもよい。

図２に港湾から離れた２基の外部電源および淡水受容れ設備９を示す。港湾から離れた２基の外部電源および淡水受容れ設備９は、図２に示すように海底に基礎を置いた海上建造物とした。普段は電源ケーブルから灯台１９を点灯して船舶の航行に注意を促して船舶との衝突を防いでいる。船舶が接岸して作業員が接岸・作業床１７に上陸できる構造となっており、電源受電および淡水供給接続設備９にある外部電源受電端子ならび淡水供給口への接続作業を容易に行うことができる。

図３に最も港湾に近い外部電源および淡水受容れ設備８を示す。最も港湾に近い外部電源および淡水受容れ設備８は、図３に示すように普段は海中にあって船舶から電源受電および淡水供給接続設備８にある外部電源の端子または淡水供給口に接続できる構造とした海底建造物８とした。これにより、波浪によって破壊されるのを防いでいる。海中構造物上の海面には、ブイ接続縄２２によって海底建造物８と接続したブイ２１を浮かべて、設備の位置が簡易的にわかるようにした。ブイにはバッテリで照明が灯り、夜間でも認識できるようにした。ブイ２１を喪失した場合も、全地球測位システムおよび水中超音波探傷技術により設備の位置を確認できるようにした。

沖合いの外部電源および淡水受容れ設備８，９から外部電源または淡水を原子力発電賞に送るためには、外部電源および淡水受容れ設備８，９から原子力発電所を接続する地下電源ケーブルまたは配管については、ケーブルまたは配管の劣化を防ぐとともに耐震性・保守性を確保する観点から工夫を施した。

図４は、地中接続経路１０として用いた鉄筋コンクリート性の地下トンネル室１０１である。この中にケーブルと配管を個別又は一緒に敷設した。この際、両者を同一の空間に敷設する方法もあるが、地下トンネル室１０１を更に２段に分割し、上段を海上外部電源確保用の地下電源ケーブル１０３を通すルート、下段を海上淡水給水確保用の地下淡水給水配管１０４を通すルートとし、それぞれに保守のための空間を確保した。この施策において、上段と下段を行き来する穴を設ける場合は、施錠可能な蓋１０５で両室を隔離しておく方法もある。ここで、地下トンネル室１０１の壁を当該原子力発電所のある地域の想定地震動に応じて適切な厚さとすることで、地下トンネルの耐震性を確保することが可能であり、また、ケーブル及び配管をトンネルで保護したことにより、地下の各種成分によるケーブル及び配管の劣化を防ぐことも可能である。

また、こうした設備は、通常時は使用しないため、設備状態の監視のための可動式カメラ移動レール１０２等を設けることで、定期的にケーブル及び配管の異常やトンネル室そのものの異常を把握することが可能である。更に、より確実な健全性確認のためには、定期的に動作確認試験を実施することが適切であるが、そのためにケーブルに等間隔で電圧・電流等のパラメータが計測可能な検出器１０６と、その検出結果を電気信号に変換し遠隔でも確認可能なように発電所内に設置した指示計１０７まで導く検出器ケーブル１０８も設けた。また、地下淡水給水配管１０４についても同様の対応が可能なように検出器１０９を設けた。

大地震、大津波などの大規模災害によって陸上の外部電源が使用不可能な場合のバックアップ機能であることを踏まえ、地下電源ケーブルの敷設方法についても工夫を施した。

図５は、沖合いの外部電源および淡水受容れ設備８，９から原子力発電所の地下受電・淡水受容れ設備１２までを接続する地下電源ケーブル１０３について、両設備の間を最短距離で接続することなく、ある程度の間隔にケーブル溜り１１０を設置し、ここに予めケーブル長確保用のケーブルを格納しておいた。これによって、大地震が発生し、外部電源および淡水受容れ設備８，９から地下受電・淡水受容れ設備１２までの地盤が断層等によってずれ、本来敷設されたケーブル長よりもケーブル長さが必要になった場合でも、ケーブル溜り１１０にある予備ケーブル長によってケーブルが切れることなく、外部電源および淡水受容れ設備８，９から原子力発電所まで電源を供給可能である。

図６に塩化ビニル等の比較的軟性の高い配管を加工した蛇腹配管１１２を示す。外部電源および淡水受容れ設備８，９から地下受電・淡水受容れ設備１２まで地下淡水給水配管を介して淡水を原子力発電所に送る場合についても、地下淡水給水配管の一部に、図６に示す塩化ビニル等の比較的軟性の高い配管加工した蛇腹配管１１２を適用した。これにより、電源ケーブルと同様に地盤のずれによって配管が寸断されることなく、外部電源および淡水受容れ設備８，９から原子力発電所まで淡水を供給可能である。また、こうした施策は、図４におけるトンネル室１０１の壁厚が十分取れないまたは、トンネル室１０１そのものを設置したくない場合の耐震対策としても有効である。

設置例の一つとして、外部電源および淡水受容れ設備９に潮力発電および波力発電設備を接続した。潮力発電設備ならびに波力発電設備の隣に外部電源および淡水受容れ設備を設置し、電源および淡水供給船が接岸できる構造とした。潮力発電および波力発電設備は、普段も発電した電気を原子力発電所に送電して発電所内電源を補うとともに、災害により被災しなければ、電源および淡水供給船が到着しなくても電気を原子力発電所に供給することができる。

図７に電源および淡水供給船３０１を示す。電源および淡水供給船は、外部電源および淡水受容れ設備の海上構造物に接岸して電源ケーブルまたは給水配管を接続、もしくは海中構造物に電源ケーブルまたは給水配管を降ろして接続することにより、発電した電気または貯蔵している淡水を原子力発電所に供給する船舶である。電源および淡水供給船は、発電設備３１０、発電に必要な燃料を他の船舶からも補給できる補給設備３１１をもっており、さらに他の船舶から給水を受けることができる淡水貯蔵槽３１２と送水ポンプ３１３を有している。これにより他の補給船から燃料や淡水を継続的に補給しながら、外部電源および淡水受容れ設備に接続したまま、連続的に電気および淡水を原子力発電所に供給することができる。

図８に当該設備における外部電源受電端子ならび淡水供給口２０２の受容れ口２０４を示す。放射線等の影響で作業員が上陸して作業できない場合を想定して、図８に示す当該設備における外部電源受電端子ならび淡水供給口２０２の受容れ口２０４の形状を円錐状にすることで、電源および淡水供給船からの受容れ口２０４の目標位置を大きくできる。

図９に電源および淡水供給船から外部電源および淡水受容れ設備への供給管接続作業を示す。図９に示す電源および淡水供給船３０１から配管や電源ケーブル端子の移動手段３０４により、受容れ口２０４に給水配管３０８や電源ケーブル端子（図示せず）を移動し、押付けるのみで接続できる。船舶３０１の当該電源および淡水供給船から配管や電源ケーブル端子の移動手段３０４はクレーンで構成することで実現可能である。また、波や満干の差による船舶の振動による配管にかかる負荷を低減するため、当該配管３０８はフレキシブルに曲がる送水ホース３０９、たとえば、防水処理を施した網目状のホース等を利用して構成することで振動を吸収し、配管にかかる負荷を低減することができる。当然、直接フレキシブルに曲がる送水ホース３０９を利用して、外部電源受電端子ならび淡水供給口２０２に接続しても同様の効果が得られる。また送水ホースについて記載したが電源ケーブルについても同様である。

また、図１０に示す当該設備の上部に設けた上部固定部位２０１又は側面に設けた側面固定部位２０３に電源および淡水供給船を固定することでも船舶の振動を抑制できることから、電源および淡水供給船から配管や電源ケーブル端子の移動手段により、容易に接続できる。

図１１に普段は海中にあって外部電源の端子または淡水供給口に接続できる構造とした外部電源および淡水受容れ設備（海底建造物）８の他の１つの形態例を示す。海底建造物８の上部に浮きへのガス充填あるいはタンクからの強制排水により浮力が得られる浮上構造物４０１を置き、浮上構造物４０１に電源受電および淡水供給接続設備８を備えており、浮上構造物４０１を海上に浮上させることで、電源および淡水供給船との接続作業を容易にすることができる。また、海底建造物基礎部２０は海底に固定されている。基礎部浮上構造物４０１は、船舶によって海上に引き上げてもよい。浮上構造物４０１と海底建造物８には全地球測位システムを、浮上構造物４０１にはバッテリによる照明４０５を備えることにより、位置の確認が容易となる。海底建造物基礎部２０と浮上構造物４０１は、水深よりも長く、強度と柔軟性を有した繊維強化樹脂などの素材で保護された、電源ケーブルおよび淡水給水配管が入った海中接続経路４０４で接続されている。普段は、海中接続経路４０４は、その柔軟性を生かして海底建造物８内にコンパクトに収納されている。

さらに、浮上構造物４０１には外部電源の端子または淡水供給口の接続部を設けた電源受電および淡水供給接続部の他に、浮上構造物４０１と電源および淡水供給船３０１をボルト等で固定可能な固定接続部４０２を有している。電源受電および淡水供給接続設備８は海底建造物基礎部と分離して海面に浮かぶ構造であるため、浮上構造物４０１と電源および淡水供給船３０１とを固定することで浮上構造物と供給船は一体となって動き、波や満干の差による振動で配線・配管に負荷がかかることを避けることができる。また、浮上構造物４０１の周囲にゴムなどの緩衝構造部４０３を設けることにより、電源および淡水供給船との接触時の衝撃を和らげ、より安全に作業を進めることが可能となる。

原子力発電所において、外部電源および非常用発電機による電源を喪失した場合（全交流電源を喪失した場合）、バッテリによる直流電源が供給される。その供給時間は、原子力発電所に設置されたバッテリの容量によるが概ね８時間である。その供給時間内に外部電源を復旧させれば、原子炉や使用済み燃料貯蔵槽の冷却機能を失わずに済む。全電源喪失に至っても、できるだけ短時間内で外部電源を復旧することで、全電源喪失に伴う事故の発生や事故による被害の拡大を防止することができる。したがって、電源および淡水供給船は、原子力発電所に電源および淡水供給船が１２時間以内、望ましくは８時間以内に到着できる港湾に整備する。例えば、外洋を２０ノット（３９km/h）で航行できる電源および淡水供給船の場合には、原子力発電所から４５０km以内、望ましくは３００km以内の港湾に整備される。

さらに、大規模な災害の場合は、電源および淡水供給船が整備された港湾も被災し、その港湾にある電源および淡水供給船が使用できなくなる可能性もある。そこで、対象となる原子力発電所から遠隔にある港湾にも同時に電源および淡水供給船を整備し、近辺の港湾に整備された電源および淡水供給船を使用できない場合に派遣する電源および淡水供給システムを構築した。なお、対象となる原子力発電所から遠隔にあり、電源および淡水供給船を整備された港湾は、近辺の原子力発電所から４５０km以内、望ましくは３００km以内にあるように設置される。

日本国内では、原子力発電所が立地している泊（北海道）、東通（青森県）、女川（宮城県）、福島（福島県）、東海（茨城県）、柏崎狩羽（新潟県）、浜岡（静岡県）、志賀（石川県）、敦賀、美浜、高浜、大飯（福井県）、島根（島根県）、伊方（愛媛県）、玄海（佐賀県）、川内（鹿児島県）に８時間以内に到着するため、電源および淡水供給システムを構築する電源および淡水供給船が整備される港湾は、小樽、苫小牧、仙台、新潟、東京、名古屋、舞鶴、広島、長崎とした。

大規模地震および大津波の災害によって、対象の原子力発電所では、陸上からの外部電源を喪失し、発電所内の非常用発電機が稼働しなくなった。さらに、当該原子力発電所につながる陸上のアクセス道路は、地震による地割れと陥没により、車両による機器の搬入が困難な状況となり、復旧に時間を要することがわかった。

当該原子力発電所から２５０km離れた港湾に整備された電源および淡水供給船は、地震発生後直ちに出航し、当該港湾の沖合いで津波に遭遇したものの被害はなく、当該原子力発電所の沖合いに出航して７時間で到着することか可能である。当該原子力発電所の港湾は津波の被害により接岸が困難であったが、沖合いの外部電源および淡水受容れ設備、当該原子力発電所と接続される経路は地震ならびに津波の被害を免れた。電源および淡水供給船は、沖合いにある外部電源および淡水受容れ設備に接岸し、電源ケーブルと給水配管を接続し、発電した電気と淡水貯蔵槽の淡水を当該原子力発電所に供給を出航して７.５時間後に開始することか可能である。その結果、当該原子力発電所ではバッテリによる直流電源供給のみとなり、その残供給時間も１時間弱となっていたが、電源および淡水供給船から供給される外部交流電源に切り替え、原子炉および使用済み燃料貯蔵槽の冷却を継続することができる。また、減量した冷却水を電源および淡水供給船から供給される淡水によって補うことができる。

当該原子力発電所における陸上からの外部電源および淡水の供給が復旧するには７日間かかったが、その間、補給船から電源および淡水供給船に燃料と淡水を継続的に補給することによって、連続して電源および淡水供給船から当該原子力発電所に電気と淡水を供給し、原子炉と使用済み燃料貯蔵槽の冷却を継続し、原子炉を低温停止状態に移行させることが可能である。

以上のように、本発明の外部電源および淡水受容れ設備、電源および淡水供給船と電源および淡水供給システムを用いたことにより、原子力発電所の全電源喪失さらに冷却水喪失を回避もしくは被害の拡大を防止することができる。

本発明は、災害時の全電源喪失さらに冷却水喪失に対する安全性確保が要求される、沿岸部に立地した原子力発電所に適用可能である。

１…陸地、２…港湾、３…沖合い、４…原子炉建屋、５…タービン建屋、６…堤防、７…外部電源および淡水受容れ設備（港湾設備）、８…外部電源および淡水受容れ設備（海底建造物）、９…外部電源および淡水受容れ設備（海上建造物）、１０…地中接続経路（地下トンネル）、１１…海底接続経路、１２…地下受電・淡水受容れ設備、１３…海底、１４…海面、１５…基礎部、１６…柱部、１７…接岸・作業床、１９…灯台、２０…海底建造物基礎部、２１…ブイ、２２…ブイ接続縄、１０１…トンネル室、１０２…可動式カメラ移動レール、１０３…地下電源ケーブル、１０４…地下淡水給水配管、１０５…蓋、１０６…電源ケーブル用検出器、１０７…指示計、１０８…検出器ケーブル、１０９…給水配管用検出器、１１０…ケーブル溜り、１１１…接続部（フランジ等）、１１２…蛇腹配管、２０２…外部電源受電端子ならび淡水供給口、２０４…受容れ口、３０１…電源および淡水供給船、３０４…配管や電源ケーブル端子の移動手段、３０８…給水配管、３０９…送水ホース、３１０…発電設備、３１１…補給設備、３１２…淡水貯蔵槽、３１３…送水ポンプ、４０１…浮上構造物、４０２…固定接続部、４０３…緩衝構造部、４０４…海中接続経路

Claims (12)

1. 原子力発電所の港湾または津波の被害を受けにくい沖合いに設置され、当該原子力発電所と接続された外部電源の受電端子及び淡水供給口を有し、発電設備及び淡水貯蔵槽を有した電源および淡水供給船から、当該原子力発電所に電気及び淡水を供給することを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
2. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   前記原子力発電所との接続経路は、海底の地中に埋設された電源ケーブル、給水配管であることを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
3. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   前記原子力発電所との接続経路は、コンクリート管、防食処理を施した金属管または強化樹脂によって保護され、海底に施設された電源ケーブル、給水配管であることを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
4. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   前記外部電源および淡水受容れ設備は２基以上設置され、相互に連結されて複数の経路で原子力発電所に接続されていることを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
5. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   海上に設置した潮力発電施設または波力発電施設と接続することを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
6. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   前記外部電源および淡水受容れ設備は、船舶が接岸できるように海底に基礎を置いた海上建造物または普段は海中にあって船舶から外部電源の端子または淡水供給口に接続できる構造とした海底構造物であることを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
7. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   前記外部電源および淡水受容れ設備は、普段は海中にあって海底建造物に設置され、外部電源の端子または淡水供給口を備えた外部電源受電および淡水供給設備を有した浮上構造物が、外部電源および淡水供給時に浮きへのガス充填あるいはタンクからの強制排水により得られる浮力もしくは船舶によって引き上げられて海上に浮上して船舶から外部電源および淡水の供給を受けることを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
8. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   前記原子力発電所との接続経路は、想定地震動に応じた壁の厚さを有する地下トンネル構造とし、内部をカメラが移動して監視できる設備、電源ケーブルもしくは給水配管の破損を遠隔で検知できる検出器を備えたことを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
9. 請求項２または請求項３のいずれか一項に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
   所定の間隔で電源ケーブル長を確保するためのケーブルを格納するケーブル溜りを設置するまたは柔軟性に富んだ材質の蛇腹配管部で予め給水配管を屈曲させて設置することを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
10. 発電に必要な燃料を自船の燃料タンクだけでなく他の船舶からも補給できる発電設備と、他の船舶からも給水を受けることができる淡水貯蔵槽及び送水ポンプとのうち、少なくとも前記他の船舶からも補給できる発電設備を有し、請求項１記載の外部電源および淡水受容れ設備に電気および淡水を供給することを特徴とする電源および淡水供給船。
11. 請求項１に記載の外部電源および淡水受容れ設備において、
    前記外部電源受電端子ならび淡水供給口の受容れ口の形状を円錐状にして、前記電源および淡水供給船から持ち込んだ接続部を受容れ口に押し付けることで固定される構造となっていることを特徴とする外部電源および淡水受容れ設備。
12. 原子力発電所の港湾または津波の被害を受けにくい沖合いに設置され、当該原子力発電所と接続された外部電源の受電端子及び淡水供給口を有する外部電源および淡水受容れ設備と、
    発電設備及び淡水貯蔵槽を有し、前記外部電源の受電端子及び前記淡水供給口を介して前記原子力発電所に電気及び淡水を供給する電源および淡水供給船とを備え、
    当該電源および当該淡水供給船が、全交流電源喪失後直流電源が維持できる時間内に原子力発電所に到着できる港湾と、対象の原子力発電所に対して遠隔の港湾に同時に整備されることを特徴とする電源および淡水供給システム。

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