JPH01177838A

JPH01177838A - 海底圧縮空気貯蔵システムとそれを利用した海洋浄化方法

Info

Publication number: JPH01177838A
Application number: JP63000067A
Authority: JP
Inventors: Seigou Kadoyu; 角湯　正剛; Yoji Uchiyama; 内山　洋司; Yoshitaka Nitta; 新田　義孝
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1988-01-01
Filing date: 1988-01-01
Publication date: 1989-07-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、夜間の余剰電力を貯蔵する技術及び貯蔵エネ
ルギーのその利用方法に関する。更に詳述すると、本発
明は、夜間の余剰電力を利用して海底の貯気槽に蓄えら
れる圧縮空気を使用して陸上でガスタービン発電及び海
上での空気タービン発電を行い、また海洋での藻類及び
魚類養殖（海洋牧場システム）ならびに海水の浄化を図
るシステムに関する。

（従来の技術）近年、都市部あるいはその周辺の湾内海域は、工場廃水
や生活廃水あるいは養殖利用などで汚染が急速に進んで
おり、魚介類の激減、更には死滅が深刻な社会問題とな
っている。しかも、最近の都市部の人口過密を回避する
ため海中都市構想が提案されるなど、浅海域特に湾奥の
汚染は一層深刻な問題となってきている。こういった浅
い海域での海水浄化と養殖用の海水対策として、様々な
方法が考えられているが、植物生長に必要な無機栄養が
富み、かつ水揚が低く清澄である深層海水をポンプで汲
み上げる計画が以前にも増して活発化しつつある。

一方、海中部市は海上に浮かぶ密閉空間であるため、火
力発電を採用す葛ことが難しく、エネルギー供給として
具体的に実用化している方法はほとんどない、そこで、
この都市における電力需要をまかなうため波力発電、海
水の上層と底層の温度差を利用する温度差発電等が提案
されているか末だ技術の実用化に至っていない。

また最近、昼間と夜間の電力需要の差が大きく開いてき
ていることから、電力貯蔵技術の必要性が高まってきて
いる。この電力貯蔵技術の一つの手法として、夜間の余
剰電力を圧縮空気に変えて電力を貯蔵する技術が最近提
案されている。この圧縮空気貯蔵発電システムは、従来
、ガスタービン発電で燃焼用空気の高圧化エネルギーと
して全体の約６０〜７０％のエネルギーが圧縮機の所内
動力として消費されていたものを、夜間に原子力などの
電力で貯蔵した圧縮空気により代替することで、昼間の
ピーク時にタービン動力を１００％電力として供給でき
るようにしたものである。現在、揚水技術の代替として
西ドイツや合衆国において積極的に開発が進んでおり、
西ドイツ・フランクフルトでは、岩塩層を利用して２９
０ＭＷ電気出力の実用プラントが既に運転中で、合衆国
でも近い将来、１００ＭＷの実用プラントが建設できる
予定になっている。我が国では、その検討か始まったば
かりで、メーカーや電力会社の関心が徐々に高まりつつ
ある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、これらの問題は相互に関連性のないもの
と従来考えられており、同時に解決する手段は存在しな
い。

しかも、地中に貯気槽を設ける圧縮空気貯蔵システムの
場合、我が国の場合その立地点を電力需要地の近傍に見
出すことが難しく、その商用化のためには地下空洞や地
中配管の耐震性など新たに発生する技術課題を解決しな
ければならない。

また、海中部市の発電システムの場合、電力需要を波力
発電や温度差発電だけに依存すると、電力の安定供給と
いう面で問題がある。また、海中都市発電への既存シス
テムでの対応は現段階では経済性か成り立たない。

更に、浅海域での海洋浄化と海洋牧場システムのために
深海から栄養に富む海水を汲上げる場合、極めて大きな
設備と多大なエネルギーを必要とし不経済なものである
。

斯様に個々の解決手段によっても、従来のシステムでは
満足な解決は得られないものである。

そこで、本発明者等は、上述の圧縮空気を利用した電力
貯蔵技術と海洋浄化システムとを結びつけ、陸上でのガ
スタービン発電及び海上での空気タービン発電の実現及
び低コストの海洋浄化を同時に達成することを目的とす
る６（課題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明者等が種々検討した
結果、海に囲まれているという我が国の地理上の特異性
を生かし、貯気槽を海底に設置し、そこに蓄えた圧縮空
気を発電に利用するという、新しい電力貯蔵システムを
発案するに至った。しかも、この圧縮空気貯蔵発電シス
テムにおいて圧縮空気を深海に蓄えるということは同時
に空気槽内に流入している大量の海水を空気槽外に排出
させるということであり、この深海水の清浄性、富栄養
特性を利用して湾奥の海洋浄化及び藻類、魚類等の養殖
を図ることが可能であり、また、この圧縮空気貯蔵発電
システムを利用することによって海上都市のエアーター
ビンによる発電を可能とする。

そこで、本発明の海底圧縮空気貯蔵システムは、夜間の
余剰電力を利用して圧縮空気を発生させる陸上の圧縮空
気供給源と、この圧縮空気供給源から供給される圧縮空
気を深海に蓄える海底空気槽と、前記圧縮空気を利用し
て発電する陸上ないし海上の発電設備と、前記圧縮空気
供給源と海底空気槽及びこの海底空気槽と発電設備とを
夫々連結する送気管とから構成している。

また、本発明の海洋浄化方法は、夜間の余剰電力を利用
して圧縮空気を発生させる陸上の圧縮空気供給源と、こ
の圧縮空気供給源から供給される圧縮空気を深海に蓄え
かつ圧縮空気が導入される際にのみ開く排水口と圧縮空
気が排出される際にのみ開いて深海水を導入する導水口
を有する海底空気槽と、該海底空気槽と浅海域とを連結
し前記空気槽内の海水を浅海域に供給する送水管とから
構成している。

更に、本発明の海洋浄化方法は、夜間の余剰電力を利用
して圧縮空気を発生させる陸上の圧縮空気供給源と、こ
の圧縮空気供給源から供給される圧縮空気を深海に蓄え
る海底空気槽と、この空気槽と浅海域とを連結し海底空
気槽内に蓄えられた圧縮空気の一部を抽気して浅海域の
海中に散気する抽気管とから構成されている。

（作用）したがって、地上の夜間余剰電力を利用して蓄えられた
海底空気槽内の圧縮空気を利用して昼の電力需要ピーク
時に陸上のガスタービン発電機を駆動させ、あるいは海
中都市のエアタービン発電機を駆動することができる。

また、夜間の余剰電力を使用して圧縮された空気を海底
空気槽に蓄えると同時にこの導入圧縮空気によって海底
空気槽内から排出される海水を送水管を通じて浅海域に
供給し、浅海域の海洋の活性化を図ることができる。そ
して、送水管の出口付近に海洋牧場を設けることによっ
て、魚貝類の生育に快適な環境を形成できる。

更に、夜間電力を利用して蓄えられた海底空気槽内の圧
縮空気の一部を浅海域の海中に噴出させ、浅海域の海水
を酸素富化させて自然浄化することができる。そして、
この空気噴出口付近に海藻養殖棚を設置することによっ
て、藻類の養殖に快適な環境を形成できる。

（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明の圧縮空気貯蔵技術及びそれを利用した
海上発電システム及び浅海域での海洋牧場システムの一
例を概略構想図で示す。この圧縮空気貯蔵発電システム
は、夜間の余剰電力エネルギーをコンプレッサーなどで
圧縮空気に変換して貯蔵し、発電時はその圧縮空気を利
用してガスタービンを駆動し発電するシステムである。

尚、本実施例の場合、陸上における圧縮空気供給源と海
底に蓄えられた圧縮空気を陸上で使用する発電施設とは
ガスタービン発電所１内に設置されている。

圧縮空気の貯蔵は、海底に設置されている海底空気槽２
を利用して行なわれる。貯気槽２はできるたけ海底深く
設置するのが好ましい。海底深さが増すほど水圧が高く
なるため貯気槽２に蓄えられている圧縮空気の圧力が高
くなり単位容積当りの貯蔵エネルギーが増え、その分、
貯気槽２の貯蔵容量が減り貯気槽２をコンパクトにする
ことができる。しかし一般に、海洋では陸から離れるに
つれ深くなり、水深の深い所に貯気槽２を設置しようと
すると陸から遠くなる。貯気槽２の設置位置は、送気管
の長さ、それに伴う圧力損失により全体の経済性に大き
な影響を与えることになる。

そこで、設置点を選定する際には、上記の他海流や潮流
の強さあるいは海底の地質や傾斜条件を詳細に調査する
ことが必要になる。

ガスタービン発電に必要な圧縮空気の圧力は通常１２〜
８０気圧で、これを水圧でまかなうと最低１００ｍの深
さが必要になる。水深Ｌｏｏｍであればかなりの候補地
が我が国の沿岸部にあるが、経済性を考えると水深２０
０ｍ以上の地点に設置するのが好ましい、第２図は陸か
ら６ｋｍ以内で水深が２００ｍ以上になる地域を印した
ものである。鎖国からも明らかなように、好適な設置条
件の湾は、東京湾入口部、相模湾、駿河湾、富山湾、若
狭湾の北部、鹿児島溝、岬では、北海道の知床、積丹、
茂津多、性差沖合い、東北地方の下北半島尻屋崎と釜石
の沖、それに紀伊半島の潮岬と四国の室戸岬などがある
。貯気槽２の設置点はできるだけ電力消費地の近傍が好
ましく、それを考慮すると東京湾の入口部で３００〜４
００ｍ、富山湾で６００ｍ、駿河湾で６００ｍの深さが
陸から５ｋｍ以内にあり、それらの地点は貯気槽２の設
置には特に有望なサイトとみられる。

貯気槽２と送気管６及び送水管７に関しては耐用年数が
長く、設置後の保守作業を必要としない材料の選定と設
計の工夫が必要である。これに対しては、例えば貯気槽
２を鉄筋コンクリートで、送気管６を鋼鉄管の外部をア
スファルトでコーティングしたものを、また送水管７に
はステンレススティール製の管にアスファルト等のコー
ティングを施したものを使用することによって、運転中
の保守作業もほとんど必要なくなり、かつ耐用年数も長
くすることができる。前記空気！ＩＪ２や送気管６．送
水管７等の設計に際しては、その設置点の海底条件、製
作条件、据え付は等の技術的及び経済的な問題を考慮し
て決定されるが、−静的には浮力と応力及び摩擦損失に
ついて考慮しなければならない０例えば、貯蔵空気容量
を２００．０００ｍ３、貯蔵圧力を３０〜５０ｋｒ／ａ
ｌｌとする場合、空気槽２の容器厚さは２〜３ｍ、重錘
を利用した場合にはその容器厚さが０．８〜１．５ｍと
なるにのときのコンクリート強度は圧縮強さが１００〜
６００ｋｇ／−で引張強さはその約１０分の１程度であ
るとすると上述の容器厚さで強度は十分に保たれ、１０
６〜１０７（２７００〜２７０００年に相当）の繰返し
応力にもその疲労強度は静的圧縮強度の５０〜６０％で
あることから問題にならない。また、送気管６や送水管
７に直径０．８〜１．２ｍのものを使用する場合、その
表面を覆うコンクリート（比重２．５）は４〜１０α程
度必要である。

また、貯気槽２の底部若しくは上部には当該貯気槽２が
浮力によって浮上したり、海底における設置状態が不安
定とならないようにするため重錘（図示省略）が設けら
れている。例えば、図示していないが、貯気槽２の底部
にバラストタンクを設けて水を密閉し貯気槽２の安定を
確保することが好ましい、また、貯気槽２の底面には海
底に対して喰込むスパイク状の脚が下方に向けて突出形
成されている。更に、この貯気Ｍ２には陸上の圧縮空気
供給源１から圧縮空気を導入する際に閉じるが貯気槽２
内の圧縮空気を放出する際に開いて海水を導入する逆止
弁１）及び圧縮空気を空気槽２に導入する際に開いて空
気槽２内の深層海水を海洋牧場６に排出すると共に空気
槽内の圧縮空気を海中都市３のエアータービン１０ある
いは陸上のガスタービン発電所１若しくは海藻養殖棚４
に供給する場合に閉じる逆止弁１２とが設置されている
。空気槽２と陸上の圧縮空気供給源１とは送気管６によ
って接続され、夜間の余剰電力によって駆動されるコン
プレッサから供給される圧縮空気を貯蔵するように設け
られている。

海中都市３は全体が浮力体となる密閉構造物であり、底
部に発電装置１０やその他の動力装置を装備し、上層に
居住空間あるいは収納空間、公共空間及びホール等を合
理的に区画形成したものである。この海中部市の具体的
な構成・構造は将来の都市計画において決定される。例
えば、最上層に太陽光自動集光器１３を設置して、太陽
光を海中部市内に導入するように設けられる。尚、この
海中部市３は、図示していないアンカーによって係留さ
れている。

海藻養殖棚４は、比較的浅い湾奥に浮力体によって支持
されている。浮力体は海底に埋設されたアンカーに係留
され浮遊しないように設けられている。この浮力体の適
宜個所に支持された棚１５に魚類を養殖するための海藻
類１８と食用海藻類１９が栽培されている。この海藻養
殖棚４は通常太陽光自動集光器１３によって集められた
太陽光を光ファイバー１４を介してそれぞれ各欄の藻類
１８．１９に照射させるようにしている。この海藻養殖
棚４には海底空気槽２と陸上の圧縮空気供給源１とを連
結する送気管６から分岐する抽気管８が設置され、圧縮
空気槽２に貯留されている圧縮空気の一部を養殖棚４近
傍において噴出させるように設けられている。抽気管８
には図示していないが通常減圧弁が設けられ、抽気管８
先端の散気管１６から十分に減圧された小さな気泡が大
量に噴出するように設けられている。即ち、海水のばっ
き処理を可能としている。尚、散気管１６としては、単
に管に小孔をあけたもの、無数の連続気孔を有する焼結
体あるいはガラス、プラスチック等が使用される。

海洋牧場５は、人工または天然の魚礁及び海藻から形成
されている０例えば、テトラポットあるいはブロック等
の人工構築物を沈没させて形成している。この海洋牧場
５と深海の空気槽２とは送水管７によって連結されてい
る。この送水管７は、空気槽２に逆止弁１２を介して接
続され、浅海域（湾奥を含む）の開口部が海洋牧場５の
近傍に固定設置されている。勿論、送水管７の浅海域の
開口部は任意の位置に設定でき、深層海水の導入による
海洋の浄化という観点からすれば海洋牧場５の近傍に限
定されるものではない。

以上のように構成された圧縮空気の海洋における利用シ
ステムによると、夜間の余剰電力例えば原子力発電所等
から送電されてくる余剰電力を使用してコンプレッサ１
を駆動し、発生した圧縮空気を送気管６を介して海底の
空気槽２に蓄える。

空気槽２内に圧縮空気が蓄えられる一方、この圧力によ
って空気槽２内の深層海水が逆止弁１２を開けて排出さ
れ、送水管７を経て海洋牧場５に深層海水が供給される
。これによって、海洋牧場の周辺を深層海水に置き代え
て養殖に好適な環境を形成すると同時に湾奥の汚れた海
水を強制的に湾外に追い出して強制的に浅海域の海水を
浄化する。

また、海底空気槽２内に蓄えられた圧縮空気は昼間陸上
のガスタービン発電において使用され、あるいは送気管
９を経て海中部市３のエアータービン１０に供給され、
エアータービン１０の駆動に使用され、あるいはその一
部が抽気管８を経て湾奥の海中特に海藻養殖棚４の近傍
に供給され、海水に酸素富化によるばつき処理を施す一
方養殖棚近傍の海水を藻類の生育に好適な環境とする。

（発明の効果）以上の説明より明らかなように、本発明の海底圧縮空気
貯蔵システムは、夜間の余剰電力を利用して圧縮空気を
発生させると共にこれを深海に蓄え、昼間陸上部のガス
タービン発電機あるいは海上に浮ぶ海中部市のエアター
ビン発電機を駆動するようにしているので、海中部市の
需要に十分対応できる電力を安定供給できる。

また、本発明の海洋浄化方法は、夜間の余剰電力を利用
して蓄える圧縮空気を利用して海底空気槽内の深層海水
を浅海域特に湾奥に供給し、浅海域に新鮮で栄養に富む
深層の冷海水を導入すると共に汚染された海水を強制的
に湾外に排出させて海水の強制循環を図り、浅海域の海
洋を活性化する。特に、送水管の浅海域の出口に海洋牧
場を設ける場合、栄養に富む深海水が供給されるため魚
の養殖に好適な環境ができる。

更に、本発明の海洋浄化方法は、夜間の余剰電力を利用
して深海に蓄えた圧縮空気の一部を浅海域の海中に噴出
させるようにしているので、浅海域の海水の酸素富化に
よるばつき処理によって自然浄化を図り、浅海域の海水
を藻類や魚介類の生育に好適な環境に変化させ得る６特
に、抽気管の浅海域の出口に海藻養殖棚を設ければ海藻
の快適な繁殖環境及びこれを住宅とする魚類の快適な環
境が形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の海底圧縮空気貯蔵システム及びそれ
を利用した海洋浄化方法の概略を説明する構想図である
。第２図は本発明システムを実施するのに好適な候補地
を示す日本地図である。１・・・圧縮空気供給源、２・・・海底空気槽、３・・
・海中都市、４・・・海藻類養殖用棚、５・・・海洋牧
場、６，９・・・送気管、７・・・送水管、８・・・抽
気管、１０・・・エアタービン、１）．１２・・・逆止
弁。第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）夜間の余剰電力を利用して圧縮空気を発生させる
陸上の圧縮空気供給源と、この圧縮空気供給源から供給
される圧縮空気を深海に蓄える海底空気槽と、前記圧縮
空気を利用して発電する陸上ないし海上の発電設備と、
前記圧縮空気供給源と海底空気槽及びこの海底空気槽と
発電設備とを夫々連結する送気管とから成り、余剰電力
を使用して蓄えられた海底空気槽内の圧縮空気を利用し
て電力需要ピーク時に発電することを特徴とする海底圧
縮空気貯蔵システム。
（２）前記発電設備が陸上のガスタービン発電所である
ことを特徴とする請求項１記載の海底圧縮空気貯蔵シス
テム。
（３）前記発電設備は海上に浮かぶ海中都市構造物のエ
アタービン発電機であることを特徴とする請求項１記載
の海底圧縮空気貯蔵システム。
（４）夜間の余剰電力を利用して圧縮空気を発生させる
陸上の圧縮空気供給源と、この圧縮空気供給源から供給
される圧縮空気を深海に蓄えかつ圧縮空気が導入される
際にのみ開く排水口と圧縮空気が排出される際にのみ開
いて深海水を導入する導水口を有する海底空気槽と、該
海底空気槽と浅海域とを連結し前記空気槽内の海水を浅
海域に供給する送水管とから成り、夜間の余剰電力を使
用して圧縮された空気を海底空気槽に蓄えると同時にこ
の導入圧縮空気によって海底空気槽内から排出される海
水を送水管を通じて浅海域に供給し、浅海域の海洋の活
性化を図ることを特徴とする海洋浄化方法。
（５）前記送水管の浅海域の出口に、人工あるいは天然
の魚礁によって構成される海洋牧場を形成したことを特
徴とする請求項４記載の海洋浄化方法。
（６）夜間の余剰電力を利用して圧縮空気を発生させる
陸上の圧縮空気供給源と、この圧縮空気供給源から供給
される圧縮空気を深海に蓄える海底空気槽と、この空気
槽と浅海域とを連結し海底空気槽内に蓄えられた圧縮空
気の一部を抽気して浅海域の海中に散気する抽気管とか
ら成り、夜間電力を利用して蓄えられた海底空気槽内の
圧縮空気の一部を浅海域の海中に噴出させ、浅海域の海
水を酸素富化させて自然浄化することを特徴とする海洋
浄化方法。
（７）前記抽気管の湾奥の出口近傍に海上に浮かぶ定置
浮力体に支持される海藻養殖棚を設置したことを特徴と
する請求項６記載の海洋浄化方法。