JPH10331605A - 深海水利用発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】火力、原子力発電所の発電効率を改善するとと
もに、保守性を向上させる。 【解決手段】火力発電および原子力発電のいずれか一方
の冷却水に低温深海水を用いた深海水利用発電装置であ
って、前記低温海水を汲み上げる汲上げ手段１を有し、
この汲上げ手段１の前記低温海水の取込口２を、水深８
０ｍより深い位置で、かつ海底より２０ｍ以上上方に配
置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電所または
原子力発電所の諸冷却用水や、ランキンサイクルなど発
電サイクルの低温側凝縮器（復水器）の冷却水として低
温深海水を利用する深海水利用発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化や化石燃料枯渇などの
問題に鑑み、新エネルギーや未利用エネルギーなどの活
用が求められている。これらのエネルギーとしては、太
陽熱，太陽光，風力，潮力，水力，廃棄物焼却熱，工場
排熱，発電所余剰熱，および下水排熱などが挙げられ
る。これらの新エネルギーや未利用エネルギーは、主に
化石燃料の節約を念頭に置き電力を確保する観点から期
待されている。

【０００３】しかしながら、視点を変えれば我々の周囲
には、エネルギーとして認識されなくとも、それを活用
することで新たにエネルギーを発生させたり、化石燃料
の使用を節約する効果を有する物が存在する。

【０００４】例えば、火力発電所や原子力発電所では、
主に水（水蒸気）を作動流体としたランキンサイクルに
より発電が行われており、このランキンサイクルの出力
は作動流体の高温側温度および圧力と、低温側の温度お
よび圧力で規定される。すなわち、投入したエネルギー
をいかに効果的に電力（動力）に変換可能であるかは、
高温側と低温側との温度差をいかに大きく確保するかが
重要な要素となる。

【０００５】消費燃料を増加させずに発電出力を高める
手段としては、冷却水温度を低くすることが重要であ
る。この観点から、我が国ではほとんどの火力発電所や
原子力発電所が沿岸部に設置され、海水を冷却水として
使用している。なお、ここで述べる海水とは、表層部の
海水のことである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表層部
の海水を冷却水として使用するために幾つかの課題が発
生している。まず、季節により表層部の温度が変化する
ため、海水温度が上昇する夏季に出力が低下する傾向に
ある。

【０００７】次に、取水海水中には、多くの微生物や稚
貝類を含むため、これらの生物が取水管内部や蒸気復水
器内部に付着し、かつ繁殖して伝熱性能を阻害したり、
海水の流通抵抗となる不具合を誘起する。この対策とし
て、復水器内に特殊なスポンジボールを循環させて復水
器伝熱面の洗浄を実施したり、定期的に稚貝を除去した
りするが、上記スポンジボールが海水とともに発電所外
へ流出したり、除去された稚貝などを廃棄するために費
用がかかるなどの副次的課題が発生することもある。

【０００８】このように、これまでの火力発電所や原子
力発電所においては、主に表層域の海水を復水器の冷却
水として用いていたので、定期的な稚貝除去作業や頻繁
な伝熱面洗浄作業、さらには夏季の出力低下などが余儀
なくされている。

【０００９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、火力、原子力発電所の発電効率を改善するとと
もに、保守性を向上させた深海水利用発電装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、火力発電および原子力発
電のいずれか一方の冷却水に低温深海水を用いた深海水
利用発電装置であって、前記低温海水を汲み上げる汲上
げ手段を有し、この汲上げ手段の前記低温海水の取込口
を、水深８０ｍより深い位置で、かつ海底より２０ｍ以
上上方に配置したことを特徴とする。

【００１１】請求項２は、請求項１記載の深海水利用発
電装置において、汲上げ手段の取込口に５メッシュ以上
の網を被着したことを特徴とする。

【００１２】請求項３は、請求項１または２記載の深海
水利用発電装置において、汲上げ手段は汲上げパイプで
あって、この汲上げパイプから汲み上げた低温海水を貯
留する貯水池を設置し、前記汲上げパイプの低温海水の
送水口を前記貯水池の海水中に配置するとともに、この
貯水池の水面を海面より低く保持したことを特徴とす
る。

【００１３】請求項４は、請求項３記載の深海水利用発
電装置において、貯水池は、壁面および底面の少なくと
も一部が海と接している浮上タンク、および海岸に設置
されたタンクのいずれかであることを特徴とする。

【００１４】請求項５は、請求項３記載の深海水利用発
電装置において、汲上げパイプは、海面部近傍を金属お
よび樹脂のいずれかの配管から構成するとともに、深層
部の表面材を布または樹脂膜を補強部材にて補強した配
管からなることを特徴とする。

【００１５】請求項６は、請求項１記載の深海水利用発
電装置において、冷却水として使用した後の深層海水の
温度は、発電所周囲の表層海水温度に対してプラス５
℃、マイナス２℃以内となるように温度制御されたこと
を特徴とする。

【００１６】請求項７は、請求項１記載の深海水利用発
電装置において、冷却水として使用した後の深層海水を
養殖漁業の飼育用水として使用することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明に係る深海水利用発電装置の
一実施形態を示す構成図である。この実施形態では、深
層海水を用いた火力発電所における装置を示している。

【００１９】図１に示すように、深海水利用発電装置
は、汲上げ手段としての汲上げパイプ１を有し、この汲
上げパイプ１の先端における低温海水の取込口２は、水
深８０ｍより深い位置（本実施形態では２００ｍ）で、
かつ海底より２０ｍ以上（本実施形態では２５ｍ）上方
に配置されており、この取込口２には、５メッシュ以上
（目開き４mm以下）の網が被着されている。

【００２０】また、汲上げパイプ１から汲み上げた低温
海水（深層海水）は、海岸に設置されたタンク状の貯水
池３に開閉バルブ４を経て送出される。この汲上げパイ
プ１の貯水池３への送水口５は、貯水池３の海水中に配
置され、この貯水池３の水面が海面より低く保持されて
いる。これにより、低温海水は、周囲海面と貯水池３海
面との高低差Ｈによる圧力差で自動的に貯水池３に流入
する。

【００２１】さらに、汲上げパイプ１は、海面近傍部が
台風、海流の影響から強度の高い金属または樹脂のいず
れかの配管から構成されるとともに、深層部は差圧等の
影響が少ないので強度の低い表面材が、布または樹脂膜
をステンレス鋼針金輪またはワイヤー等の補強部材によ
り補強した配管により構成されている。よって、深層部
の重量が低減でき、下部の保持部材の低減および上部の
支持の低減を図ることができる。

【００２２】汲上げパイプ１は、海岸部で分岐されてバ
イパス管６が接続され、このバイパス管６に汲上げ用ポ
ンプ７が設置されるとともに、その先端が貯水池３まで
延びている。この汲上げ用ポンプ７は、常時作動させな
いで、貯水池３水面と海水面の高低差Ｈのみで低温海水
を貯水池３に流入させている。そして、当然のことなが
ら、低温海水が不足するような場合には、汲上げパイプ
１に介装された開閉バルブ４を閉じて汲上げ用ポンプ７
を作動させ、低温海水をバイパス管６を経て貯水池３に
供給する。

【００２３】貯水池３には送水管８が設けられ、この送
水管８は開閉バルブ９を介して冷却水循環ポンプ１０に
接続されている。この冷却水循環ポンプ１０は冷却管１
１を介して復水器１２に接続されている。また、この復
水器１２には放水管（放水路）１３が接続され、この放
水管１３は海上に生け簀として設置された養殖水槽１４
まで延びている。

【００２４】さらに、復水器１２は、循環路１５を介し
て復水循環ポンプ１６と接続され、この復水循環ポンプ
１６を作動させることで、復水器１２内の水がボイラ１
７に供給されて蒸気となる。この蒸気は蒸気タービン１
８に供給されて、この蒸気タービン１８を駆動させ、こ
れにより発電機１９を作動させて電力を得る。

【００２５】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００２６】深層海水は水深約２００ｍの地点に設置さ
れた汲上げパイプ１の取込口２から汲み上げられ、この
取込口２での深層海水の温度は５℃である。この深層海
水は汲上げパイプ１内を上昇する間に、管外の海水と熱
交換をしてしまうため、汲上げ地点に設置した貯水池３
での温度は約７℃となる。しかしながら、この温度は通
年してほぼ一定である。

【００２７】汲上げパイプ１から汲み上げた低温海水
（深層海水）は、海岸に設置された貯水池３に開閉バル
ブ４を経て送出される。この貯水池３からは通常の火力
発電所と同様に冷却水循環ポンプ１０を作動させること
で、送水管８，開閉バルブ９，冷却管１１を経て復水器
１２に低温海水が送水される。この低温海水は復水器１
２にて熱を奪い高温化した状態で放水管１３を経由して
発電所に隣接する海上に生け簀として設置されている養
殖水槽１４に流入し、最終的に海へ放流される。

【００２８】ここで、冷却水として使用した後の深層海
水の温度は、発電所周囲の表層海水温度に対してプラス
５℃、マイナス２℃以内となるように温度制御され、例
えば養殖漁業の飼育用水として使用される。

【００２９】このように本実施形態では、低温海水を取
水し発電所の復水器１２の冷却水として用いるのに際
し、低温海水の取込口２を水深８０ｍより深く設置し、
かつ取込口２を海底から２０ｍ以上上方に設置してい
る。

【００３０】これは、水深８０ｍより深い部分では、太
陽光が届かず、海水中に含まれる微生物や稚貝の数が大
幅に減少することに着目したためである。また、水深が
深くなるに従って水温の季節変動が減少し、かつ水温が
低下する傾向となり、その水温も一年を通じて約４℃で
ある。よって、深層海水は、太陽光が届かず極めてクリ
ーンであることから、配管系や復水器１２内部での汚れ
や稚貝の成長、付着問題などが発生しにくくなるため、
清掃や稚貝除去作業の実施期間を長期化することができ
る。

【００３１】このような深海域では、非常にゆっくりで
はあるが、南北の極地を流出源とする低温海水が深海部
に海水の比重差により流れ込むと考えられている。ま
た、深海域での海水移動は極めて緩慢な温度差による自
然対流に起因するものの、何らかの原因で砂埃が舞った
としてもその高さは２０ｍ未満であり、本実施形態のよ
うに２０ｍ以上の高さに海水の取込口２を設置すれば、
砂塵などの海底堆積物を誤って吸引することがなくな
る。

【００３２】したがって、本実施形態では、通年して温
度変化が少なく、かつ低温の海水を発電所の冷却水とし
て使用することが可能となる。すなわち、図２〜図４に
おいて日本海、若狭湾近海の海水温度，塩分濃度，酵素
濃度の年間変化例を（Ａ）〜（Ｃ）に各々０ｍ（海
面）、１００ｍ、２００ｍで計測して示すように、水深
０ｍの地点で夏季に冷却水温度が２５℃以上の状態か
ら、水深２００ｍの地点では１０℃以下になるため、発
電効率が１ポイント上昇する。なお、上記海水温度等の
水深における傾向は日本において、ほぼ同様となってい
る。

【００３３】また、本実施形態では、取込口２に網を被
着し、この網の網目間隔が５メッシュ以上としたことに
より、配管内への魚などの大型生物の浸入を防止するこ
とが可能となり、配管の閉塞や汲上げポンプ７の破損事
故などを未然に防止することができる。

【００３４】次に、海水を汲み上げる動力および低温清
浄な深層海水を溜める貯水池３について説明する。

【００３５】一般に、深海から海水を取水するために
は、取水配管の長さが水深の３倍以上となる。したがっ
て、配管長は通常数ｋｍにも及ぶ。このため通水抵抗も
無視できない。

【００３６】そのため本実施形態では、大量の深層海水
を汲み上げる動力を節約する目的から水圧による送水効
果を活用する構成としている。すなわち、汲上げパイプ
１の貯水池３への送水口５を海水中とし、かつ貯水池３
の水面を海面より低く保つことにより、深層海水が周囲
海面と貯水池３海面との水面高さによる圧力差で自動的
に貯水池３に流入するように構成されている。

【００３７】すなわち、汲上げパイプ１の地上開口部で
ある送水口５を地上部に建設した貯水池３内部とし、か
つ貯水池３の水面位置を運転時に海面以下となるように
貯水池３から発電所内の冷却水循環ポンプ１０により海
水を取り出すように構成しているので、海面と貯水池３
の水面との水位差を動力源として低温海水が汲上げパイ
プ１を経由して無動力で流入することとなる。その上
で、不足する流量分については、海水の汲上げ用ポンプ
７により賄う構成であるため、取水に必要な動力を大幅
に削減することが可能となる。

【００３８】なお、この貯水池３は、壁面および底面の
少なくとも一部が海と接して海に浮かぶ浮上タンク形や
プール形としたり、海岸に設置された仕切り付きの水槽
として深層海水を貯えるように構成すれば、設備コスト
を大幅に削減することが可能となる。

【００３９】次に、使用した低温海水を発電所から外部
（海）へ放流する際の温度制御について説明する。本実
施形態では、復水器１２に送る冷却水流量を制御するこ
とにより、放水管１３に設置された図示しない温度計に
て検出された放流する海水温度と海面で検出された表層
海域の海水温度の差を小さくし、周辺海域に与える環境
の変動や漁業への影響を排除している。

【００４０】すなわち、表層海水の温度を計測し、これ
に対し深層海水の取水温度と発電の際に予想される深層
海水（冷却水）への放熱量から、放流される深層海水の
温度が表層海水とほぼ同じ温度レベル（プラス側で５
℃、マイナス側で２℃以内）となるように、取水流量を
決定して運転する。

【００４１】これにより、使用後の冷却水を海へ戻す際
に、温度差から生ずる生態系への影響を最小限に留める
ことが可能となり、かつ年間を通じて放流域の温度を所
定値に維持することも可能なことから、養殖などに良好
な環境を確保することができる。さらに、放水管１３の
温度が何らかの理由で設定値より高くなる場合には深層
海水をバイパスさせて放水管１３に導くことによって、
放水温度をより確実に制御することができる。

【００４２】また、深層海水の持つもう一つの特徴を活
用する手段について説明する。すなわち、深層海水域は
太陽光が到達しないことから、有機成分には乏しいもの
の、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように酸素濃度は０ｍか
ら２００ｍとさほど低下せず、かつ塩分やミネラルなど
の無機栄養分に富む。したがって、この深層海水を用い
れば、従来にない養殖漁業や独特の海洋牧場が形成さ
れ、生物の活性的育成が可能となる。

【００４３】加えて、発電所の排熱を利用して、これら
の作用を発揮するに最適な温度状態とした上で、この深
層海水を養殖生け簀やクロレラ栽培，海草栽培，さらに
人体の健康維持のための沐浴装置などに利用することも
可能となる。

【００４４】このように本実施形態によれば、約５℃の
深層海水の持つ冷熱を復水器１２にて活用し、ランキン
発電サイクルの作動温度幅を約１０℃以上拡大すること
が可能となる。これにより、発電効率が改善されるた
め、化石燃料を大幅に節約することができる。

【００４５】また、復水器１２の冷却後の深海水を養殖
漁業に活用しているので、養殖水槽１４の水質が大幅に
改善され、衛生上からも病原菌などの繁殖を防止するこ
とができる。その結果、魚の発育も良好で、養殖事業が
安全で経済的に改善される効果が得られる。

【００４６】なお、上記実施形態においては、水深を８
０ｍより深い位置で説明したが、さらに水深を３００ｍ
より深く設定すると、海流の影響がなくなり、太陽光の
到達が確実になくなるので、水中の微生物や稚貝の数が
より少なくなり、より本発明の効果を向上させることが
できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、火力発電および原子力発電のいずれか一方の
冷却水に低温深海水を用いた深海水利用発電装置であっ
て、前記低温海水を汲み上げる汲上げ手段を有し、この
汲上げ手段の前記低温海水の取込口を、水深８０ｍより
深い位置で、かつ海底より２０ｍ以上上方に配置したこ
とにより、通年して温度変化が少なく、かつ低温の海水
を発電所の冷却水として使用する結果、発電所の効率が
大幅に改善される他、配管や復水器での稚貝除去や伝熱
面清掃などの実施期間を大幅に長期化することができ、
保守性を向上させることができる。加えて、砂塵などの
海底堆積物を誤って吸引することがなくなる。

【００４８】請求項２によれば、請求項１記載の深海水
利用発電装置において、汲上げ手段の取込口に５メッシ
ュ以上の網を被着したことにより、配管内への魚などの
大型生物の浸入を防止することが可能となり、配管の閉
塞やポンプの破損事故などを未然に防止することができ
る。

【００４９】請求項３によれば、請求項１または２記載
の深海水利用発電装置において、汲上げ手段は汲上げパ
イプであって、この汲上げパイプから汲み上げた低温海
水を貯留する貯水池を設置し、前記汲上げパイプの低温
海水の送水口を前記貯水池の海水中に配置するととも
に、この貯水池の水面を海面より低く保持したことによ
り、取水に必要な動力を削減することが可能となる。

【００５０】請求項４によれば、請求項３記載の深海水
利用発電装置において、貯水池は、壁面および底面の少
なくとも一部が海と接している浮上タンク、および海岸
に設置されたタンクのいずれかであることにより、設備
コストを大幅に削減することが可能となる。

【００５１】請求項５によれば、請求項３記載の深海水
利用発電装置において、汲上げパイプは、海面部近傍を
金属および樹脂のいずれかの配管から構成するととも
に、深層部の表面材を布または樹脂膜を補強部材にて補
強した配管からなることにより、耐久性を向上させるこ
とができる。

【００５２】請求項６によれば、請求項１記載の深海水
利用発電装置において、冷却水として使用した後の深層
海水の温度は、発電所周囲の表層海水温度に対してプラ
ス５℃、マイナス２℃以内となるように温度制御された
ことにより、使用後の冷却水を海へ戻す際に、温度差か
ら生ずる生態系への影響を最小限に留めることが可能と
なり、かつ年間を通じて放流域の温度を所定値に維持す
ることも可能なことから、養殖などに良好な環境を確保
することができる。

【００５３】請求項７によれば、請求項１記載の深海水
利用発電装置において、冷却水として使用した後の深層
海水を養殖漁業の飼育用水として使用することにより、
従来にない養殖漁業や独特の海洋牧場が形成され、生物
の活性的育成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る深海水利用発電装置の一実施形態
を示す構成図。

【図２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ０ｍ，１０
０ｍ，２００ｍの深さの若狭湾近海の海水温度の年間変
化例を示すグラフ。

【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ０ｍ，１０
０ｍ，２００ｍの深さの若狭湾近海の塩分濃度の年間変
化例を示すグラフ。

【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ０ｍ，１０
０ｍ，２００ｍの深さの若狭湾近海の酸素濃度の年間変
化例を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 汲上げパイプ（汲上げ手段） ２ 取込口 ３ 貯水池 ４ 開閉バルブ ５ 送水口 ６ バイパス管 ７ 汲上げ用ポンプ ８ 送水管 ９ 開閉バルブ １０ 冷却水循環ポンプ １１ 冷却管 １２ 復水器 １３ 放水管（放水路） １４ 養殖水槽 １５ 循環路 １６ 復水循環ポンプ １７ ボイラ １８ 蒸気タービン １９ 発電機

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火力発電および原子力発電のいずれか一
   方の冷却水に低温深海水を用いた深海水利用発電装置で
   あって、前記低温海水を汲み上げる汲上げ手段を有し、
   この汲上げ手段の前記低温海水の取込口を、水深８０ｍ
   より深い位置で、かつ海底より２０ｍ以上上方に配置し
   たことを特徴とする深海水利用発電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の深海水利用発電装置にお
   いて、汲上げ手段の取込口に５メッシュ以上の網を被着
   したことを特徴とする深海水利用発電装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の深海水利用発電
   装置において、汲上げ手段は汲上げパイプであって、こ
   の汲上げパイプから汲み上げた低温海水を貯留する貯水
   池を設置し、前記汲上げパイプの低温海水の送水口を前
   記貯水池の海水中に配置するとともに、この貯水池の水
   面を海面より低く保持したことを特徴とする深海水利用
   発電装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の深海水利用発電装置にお
   いて、貯水池は、壁面および底面の少なくとも一部が海
   と接している浮上タンク、および海岸に設置されたタン
   クのいずれかであることを特徴とする深海水利用発電装
   置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の深海水利用発電装置にお
   いて、汲上げパイプは、海面部近傍を金属および樹脂の
   いずれかの配管から構成するとともに、深層部の表面材
   を布または樹脂膜を補強部材にて補強した配管からなる
   ことを特徴とする深海水利用発電装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の深海水利用発電装置にお
   いて、冷却水として使用した後の深層海水の温度は、発
   電所周囲の表層海水温度に対してプラス５℃、マイナス
   ２℃以内となるように温度制御されたことを特徴とする
   深海水利用発電装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の深海水利用発電装置にお
   いて、冷却水として使用した後の深層海水を養殖漁業の
   飼育用水として使用することを特徴とする深海水利用発
   電装置。