JPH0912119A - 地下流体貯蔵施設 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建設費の上昇を防止し、管理・補修が比較的
容易にでき、さらには貯蔵される高圧流体が漏れ出るこ
とを防止する。 【構成】 地下に設けられた流体貯蔵用の貯槽２と、こ
の貯槽２内に蓄えられる貯蔵流体を導く流体通路３と、
貯槽２の入口部分を水１２で閉塞する第１水封手段４
と、貯槽２の周囲の地盤５の圧力を上昇させる第２水封
手段６と、第１水封手段４が貯槽２の入口部分に与える
圧力水頭よりも大きな圧力水頭を第２水封手段６に発生
させる圧力供給手段７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地下に流体を貯蔵する地
下流体貯蔵施設に関する。さらに詳述すると、本発明は
高圧の圧縮空気、ＬＰＧあるいは石油等の流体を貯蔵す
るのに適した地下流体貯蔵施設に関する。

【０００２】

【従来の技術】大量の流体を地下深くに設けられた貯槽
に蓄えておくことがあり、この場合には、大量の水を立
坑から流し込こんで貯槽の入口を水封する。貯槽を深い
位置に設けることで貯槽の入口には大きな圧力水頭を作
用させることが可能になる。したがって、地下流体貯蔵
施設では高圧の流体を貯蔵できるが、貯槽内の流体が高
圧になった場合この流体は地盤中に漏れ易くなる。この
ため、地下流体貯蔵施設では、貯槽周囲の地盤に大きな
圧力を発生させて貯槽内の高圧流体を封じ込める必要が
ある。

【０００３】従来の地下流体貯蔵施設では、図６に示す
ように、貯槽１０１の上方に複数の水平坑１０２を掘削
すると共に各水平坑１０２に多数のボーリング穴１０３
を形成し、立坑１０４内の水頭による水圧を水平坑１０
２及び各ボーリング穴１０３内に作用させ、各ボーリン
グ穴１０３から地盤中に高圧の水をしみこませて貯槽１
０１の周囲の地盤の圧力を上昇させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
地下流体貯蔵施設では、貯槽１０１の上方にこの貯槽１
０１とは別個の複数の水平坑１０２を掘削する必要があ
り、施設建設のための工事費が多額になるという問題が
あった。また、ある程度の容積を有する貯槽１０１には
人間が直接立ち入って管理・修復を行うことができるの
に対し、各水平坑１０２は比較的細く、人間が直接入り
込んで管理・修復等を行うのは困難であった。

【０００５】さらに、各水平坑１０２は貯槽１０１に比
べて浅い位置に設けられているので、各ボーリング穴１
０３に作用する圧力水頭を貯槽１０１の入口を密閉する
圧力水頭よりも大きくすることができない。貯槽１０１
内の圧力は、貯槽１０１の入口の圧力水頭とバランスし
ているので、貯槽１０１の周囲の地盤の圧力が貯槽１０
１内の圧力よりも低くなり、貯槽１０１内の流体が地盤
に漏れ出る虞があった。

【０００６】本発明は、建設費の上昇を防止し、管理・
補修が比較的容易にでき、さらには貯蔵される高圧流体
が漏れ出ることを防止できる地下流体貯蔵施設を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、地下に設けられた流体貯蔵用
の貯槽と、この貯槽内に蓄えられる貯蔵流体を導く流体
通路と、貯槽の入口部分を非圧縮性流体で閉塞する第１
水封手段と、貯槽の周囲の地盤の圧力を上昇させる第２
水封手段と、第１水封手段が貯槽の入口部分に与える圧
力水頭よりも大きな圧力水頭を第２水封手段に発生させ
る圧力供給手段を備えて地下流体貯蔵施設を構成してい
る。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、 第２水封
手段を、貯槽の内壁面にライニングされた透水層と、こ
の透水層の内側にライニングされた難透水層を備え、圧
力供給手段からの圧力水頭の供給を透水層で受けて主に
貯槽の周囲の地盤に浸透させるように構成したものであ
る。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、第２水封手
段を、貯槽の内壁面から地盤中に掘削された複数のボー
リング穴と、貯槽の内壁面に配管されたヘッダと、この
ヘッダから各ボーリング穴内にそれぞれ延びる複数の注
水管と、各ボーリング穴の入口を密閉する密封手段を備
え、圧力供給手段からの圧力水頭の供給をヘッダで受け
て各注水管に分配し各ボーリング穴から貯槽の周囲の地
盤に浸透させるように構成したものである。

【００１０】さらに、請求項４記載の発明は、圧力供給
手段を、非圧縮性流体の液面よりも高い場所に配置され
た水槽と、該水槽と第２水封手段とを接続する給水管を
備えて構成したものである。

【００１１】

【作用】したがって、請求項１記載の発明では、第１水
封手段が貯槽の入口部分を水封すると共に、第２水封手
段が貯槽の周囲の地盤に圧力を発生させる。第２水封手
段は、圧力供給手段からの圧力の供給を受けて貯槽周囲
の地盤を第１水封手段によって発生する圧力よりも高圧
にするので、貯槽内の流体は周囲の地盤中に漏れ出るこ
とができなくなる。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、圧力供給
手段から透水層に供給された圧力水頭は、難透水層に殆
ど浸透せずに透水層全体に広がり、そして、地盤にしみ
こむ。したがって、貯槽全体が高圧の地盤に囲まれる。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、圧力供給
手段からヘッダに供給された圧力水頭は、各注水管を通
って各ボーリング穴内に導かれる。各ボーリング穴は密
閉手段で塞がれており、各ボーリング穴内の圧力水頭は
地盤にしみこみ、貯槽周囲の地盤の圧力を上昇させる。

【００１４】さらに、請求項４記載の発明では、給水管
を介して第２水封手段に供給される圧力水頭は、第１水
封手段の非圧縮性流体の液面よりも高い場所に配置され
た水槽から導かれているので、第１水封手段の圧力水頭
よりも高い圧力水頭が第２水封手段に供給される。

【００１５】

【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。

【００１６】図１は、本発明に係る地下流体貯蔵施設の
第１実施例を示している。この地下流体貯蔵施設は、圧
縮空気を貯蔵流体としたものである。例えば原子力発電
においては、夜間等の電力需要が減少する時にコンプレ
ッサを作動させて余剰動力を圧縮空気に変換して蓄えて
おくと共に、昼間の電力需要のピーク時にこの圧縮空気
で発電用タービンを駆動させて動力不足を補っている。
本実施例の地下流体貯蔵施設は、かかる圧縮空気を蓄え
ておくものである。

【００１７】地下流体貯蔵施設１は、地下に設けられた
流体貯蔵用の貯槽２と、この貯槽２内に蓄えられる貯蔵
流体を導く流体通路３と、貯槽２の入口部分を非圧縮性
流体で閉塞する第１水封手段４と、前記貯槽２の周囲の
地盤５の圧力を上昇させる第２水封手段６と、前記第１
水封手段４が前記貯槽２の入口部分に与える圧力水頭よ
りも大きな圧力水頭を前記第２水封手段６に発生させる
圧力供給手段７を備えている。

【００１８】地下流体貯蔵施設１の設置場所には、例え
ば池８が人工的に設けられている。勿論、自然の池を利
用しても良い。そして、池８の底には所定の深さまで立
坑９が掘られており、さらに、立坑９から調圧斜坑１０
を介して貯槽２となる水平坑１１が掘られている。非圧
縮性流体である池８の水１２は、立坑９から調圧斜坑１
０に流れ込み、貯槽２内の圧力とバランスしながらその
入口部分を閉塞している。即ち、第１水封手段４を池８
及び立坑９で構成し、立坑９の圧力水頭を利用して貯槽
２の入口部分に所定の水封圧力を与えている。

【００１９】貯槽２は、図２に示すように、例えば横断
面形状がほぼ円形を成しており、例えば地下４００ｍか
ら８００ｍの深さに形成され、その容積は、例えば３０
万ｍ ³ 程度である。貯槽２内には、流体通路３の先端が
配置されている。この流体通路３は、立坑９及び調圧斜
坑１０の壁面に沿って固定され、地上に設置されたコン
プレッサ１３で圧縮された空気を貯槽２内に導いてい
る。また、流体通路３は、貯槽２内の圧縮空気を地上に
取り出して図示しない発電用タービンに導く場合にも使
用される。

【００２０】第２水封手段６は、貯槽２の内壁面、即ち
掘削された空間に露出する地盤５の面にライニングされ
た透水層１４と、この透水層１４の内側にライニングさ
れた難透水層１５とで構成されている。透水層１４は、
水を通し易く且つ施工が容易な材料で構成されている。
本実施例においては、例えばモルタルで透水層１４を構
成する。モルタルを使用した場合には、セメント、石灰
及び砂の混合割合や砂の粒径を変化させて水の通り具合
を調節することができる。この透水層１４は、例えば５
０〜１００ｍｍ程度の厚さに形成される。また、難透水
層１５は、微量の水を通す材料で構成されている。本実
施例においては、例えばコンクリートで難透水層１５を
構成している。この難透水層１５は、例えば５０〜１０
０ｍｍ程度の厚さに形成されている。

【００２１】圧力供給手段７は、池８の水面よりも高い
場所に配置された水槽１６と、この水槽１６と第２水封
手段６とを接続する給水管１７より構成されている。水
槽１６内には、ポンプ１８を使用して池８の水を汲み上
げあげる。給水管１７の上流端は、水槽１６の底に接続
されている。そして、この給水管１７は立坑９及び調圧
斜坑１０の壁面に沿って固定され、下流端は透水層１４
に接続されている。

【００２２】以上のように構成された地下流体貯蔵施設
１では、次のようにして圧縮空気をその圧力に耐えなが
ら封じ込めている。

【００２３】即ち、池８の水は、立坑９から調圧斜坑１
０に導かれて貯槽２の入口を塞ぐ。貯槽２の入口を塞ぐ
水には立坑９の高さに応じた圧力水頭が作用し、貯槽２
内の圧力とバランスして貯槽２内を密封する。

【００２４】一方、水槽１６内の水は給水管１７を経て
貯槽２の内壁面を形成する透水層１４に導かれる。貯槽
２に対して水槽１６は非常に高い位置に設けられてお
り、また、池８の水面に対しても高い位置に設けられて
いるので、透水層１４にしみこむ水の圧力水頭は非常に
大きなものになる。池８の水面と水槽１６の水面との高
さの差に相当する水頭差が第１水封手段４よりも高い圧
力として第２水封手段６に発生する。

【００２５】そして、透水層１４の内側の難透水層１５
は殆ど水を通さないので、図３に矢印で示すように、透
水層１４に導かれた高圧の水は当該透水層１４全体に広
がりながら主に地盤５側に浸透する。これにより、貯槽
２の周囲の地盤５の圧力が上昇し、貯槽２内の圧力より
も大きく、且つ、貯槽２の入口を塞ぐ水１２の圧力より
も大きな圧力が周囲の地盤５に発生する。貯槽２の周囲
の地盤５に発生した圧力は、貯槽２内の圧力に対抗して
貯槽２内の圧縮空気が地盤５中に漏れ出るのを防止す
る。貯槽２の周囲の地盤５に発生する圧力は、水槽１６
内の水の位置エネルギを利用して生じたものであり、圧
力発生のために特別な動力を必要としない。

【００２６】次に、本発明に係る地下流体貯蔵施設１の
第２実施例を説明する。なお、第２実施例は第１実施例
に対して第２水封手段６のみが異なるものであり、第２
水封手段６について説明し他の詳細な説明は省略する。

【００２７】この地下流体貯蔵施設１の第２水封手段６
は、図４及び図５に示すように、貯槽２の内壁面から地
盤５内に掘削された複数のボーリング穴１９と、貯槽２
の内壁面に配管されたヘッダ２０と、このヘッダ２０か
ら各ボーリング穴１９内にそれぞれ延びる複数の注水管
２１と、各ボーリング穴１９の入口を密閉する密封手段
２１より構成されている。ボーリング穴１９は、貯槽２
の内壁面から放射状に、且つ貯槽２の長手方向に沿って
多数設けられている。各ボーリング穴１９の貯槽２側の
開口は、密閉手段としてのコンクリート栓２１で塞がれ
ている。

【００２８】したがって、水槽１６から給水管１７を流
れて落下しヘッダ２０に達した水は、このヘッダ２０か
ら各注水管２１に分配されて各ボーリング穴１９内に導
かれる。上述したように、この水の圧力は非常に大き
い。各ボーリング穴１９内に導かれた高圧の水は、図５
に矢印で示すように貯槽２の周囲の地盤５中に浸透し、
そして、図４に矢印で示すように貯槽２側に向けて流れ
る。したがって、貯槽２の周囲の地盤５の圧力が上昇
し、貯槽２内の圧力に対抗して圧縮空気の漏れを防止す
る。因みに、図４において破線で示す囲いは地下水によ
り満たされた領域の一例を示している。

【００２９】なお、上述の実施例は本発明の好適な実施
例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
例えば、上述の各実施例においては、流体として圧縮空
気を蓄える地下貯蔵施設１に適用した場合について説明
したが、貯蔵する流体としては圧縮空気に限るものでは
なく、ＬＰＧ等の他の気体や、あるいは石油などの液体
を貯蔵する場合にも適用できることは勿論である。

【００３０】また、本実施例では、貯槽２を地下４００
ｍから８００ｍの深さに設けているが、貯槽２を設ける
深さはこれに限るものではないことは勿論である。さら
に、貯槽２の容積を３０万ｍ³ 程度のものにしている
が、数立方メートルから十万立方メートルの容量の貯槽
に対して適用が可能である。また、貯槽２は掘削などで
人工的に設けられたものばかりでなく、地盤中に自然に
発生した岩盤の割れ目や空洞、岩盤と岩盤の間の地下空
間などを利用しても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の地
下流体貯蔵施設は、地下に設けられた流体貯蔵用の貯槽
と、この貯槽内の貯蔵流体を導く流体通路と、前記貯槽
の入口部分を非圧縮性流体で閉塞する第１水封手段と、
前記貯槽の周囲の地盤の圧力を上昇させる第２水封手段
と、前記第１水封手段が前記貯槽の入口部分に与える圧
力水頭よりも大きな圧力水頭を前記第２水封手段に供給
する圧力供給手段を備えているので、貯槽周囲の地盤の
圧力を高くして貯槽内の高圧流体が地盤に漏れ出ること
を防止することが可能になる。このため、貯蔵流体の高
圧化を図ることができる。

【００３２】また、請求項２記載の地下流体貯蔵施設で
は、圧力供給手段からの圧力水頭の供給を透水層で受
け、この圧力水頭を主に難透水層とは反対側の地盤に浸
透させているので、透水層全体に広がった圧力水頭で周
囲の地盤の圧力を上昇させることができる。このため、
従来の地下流体貯蔵施設で必要であった複数の水平坑が
不要になり、施設の建築工事費を抑えることが可能にな
る。また、貯槽内には直接人間が立ち入ることができる
ので、施設の管理・修復を容易に行うことが可能にな
る。

【００３３】また、請求項３記載の地下流体貯蔵施設で
は、圧力供給手段からの圧力水頭の供給をヘッダで受け
て各注水管に分配し各ボーリング穴から貯槽の周囲の地
盤に浸透させているので、多数のボーリング穴に圧力水
頭が均等に作用し、貯槽周囲の地盤の圧力を上昇させる
ことがでる。各ボーリング穴は貯槽の内壁面から掘削さ
れているので、施設の管理・修復を容易に行うことが可
能になる。また、従来の地下流体貯蔵施設で必要であっ
た複数の水平坑が不要になり、施設の建築工事費を抑え
ることが可能になる。

【００３４】さらに、請求項４記載の発明では、圧力供
給手段を、非圧縮性流体の液面よりも高い場所に配置さ
れた水槽と、該水槽と第２水封手段とを接続する給水管
を備えて構成しているので、特別な駆動源を要すること
なく、位置エネルギを利用して第２水分手段に大きな圧
力水頭を供給することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地下流体貯蔵施設の第１実施例の
概略構成を示す断面図である。

【図２】図１の地下流体貯蔵施設の貯槽を示す断面図で
ある。

【図３】図１の地下流体貯蔵施設の透水層にしみこんだ
水の流れを概念的に示す拡大断面図である。

【図４】本発明に係る地下流体貯蔵施設の第２実施例を
示し、その第２水封手段の概略構成図である。

【図５】図４の地下流体貯蔵施設のボーリング穴を詳し
く示す拡大断面図である。

【図６】従来の地下流体貯蔵施設の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 地下流体貯蔵施設 ２ 貯槽 ３ 流体通路 ４ 第１水封手段 ６ 第２水封手段 ７ 圧力供給手段 １４ 透水層 １５ 難透水層 １６ 水槽 １７ 給水管 １９ ボーリング穴 ２０ ヘッダ ２１ 密閉手段（コンクリート栓）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下に設けられた流体貯蔵用の貯槽と、
   この貯槽内に蓄えられる貯蔵流体を導く流体通路と、前
   記貯槽の入口部分を非圧縮性流体で閉塞する第１水封手
   段と、前記貯槽の周囲の地盤の圧力を上昇させる第２水
   封手段と、前記第１水封手段が前記貯槽の入口部分に与
   える圧力水頭よりも大きな圧力水頭を前記第２水封手段
   に発生させる圧力供給手段を備えることを特徴とする地
   下流体貯蔵施設。
2. 【請求項２】 前記第２水封手段は、前記貯槽の内壁面
   にライニングされた透水層と、この透水層の内側にライ
   ニングされた難透水層を備え、前記圧力供給手段からの
   圧力水頭の供給を前記透水層で受けて主に前記貯槽の周
   囲の地盤に浸透させることを特徴とする請求項１記載の
   地下流体貯蔵施設。
3. 【請求項３】 前記第２水封手段は、前記貯槽の内壁面
   から地盤中に掘削された複数のボーリング穴と、前記貯
   槽の内壁面に配管されたヘッダと、このヘッダから前記
   各ボーリング穴内にそれぞれ延びる複数の注水管と、前
   記各ボーリング穴の入口を密閉する密封手段を備え、前
   記圧力供給手段からの圧力水頭の供給を前記ヘッダで受
   けて前記各注水管に分配し前記各ボーリング穴から前記
   貯槽の周囲の地盤に浸透させることを特徴とする請求項
   １記載の地下流体貯蔵施設。
4. 【請求項４】 前記圧力供給手段は、前記非圧縮性流体
   の液面よりも高い場所に配置された水槽と、該水槽と前
   記第２水封手段とを接続する給水管を備えることを特徴
   とする請求項１から３のいずれかに記載した地下流体貯
   蔵施設。