JPH11148312A - 海洋深層水利用発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】海水を利用する火力発電プラントあるいは原子
力発電プラント等における発電効率を改善し、また、保
守の容易化、メンテナンス性などにおいても大幅な改善
を図り、さらに、発電システムを漁業上においても有効
に活用できるようにする。 【解決手段】火力発電プラントまたは原子力発電プラン
トの冷却水として海水を利用する発電システムにおい
て、海底部２から海面部３まで立上り、かつ海底部２上
の一定高さ位置に深層水汲み上げ用の取水口４を有する
取水管５を配設するとともに、取水管５の上端に発電プ
ラント１への深層水供給用の給水管６を海面に沿ってほ
ぼ水平に連結する。熱交換後の戻り水を網１１内の領域
に放出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば火力発電プ
ラントや原子力発電プラント等のようにランキンサイク
ルを用いた発電サイクルにおいて、低温側凝縮器（復水
器）の冷却水その他各種の冷却用水として低温の海洋深
層水を利用する発電システムに関する。

【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、発電プラント余
剰熱、下水排熱などである。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とした電力
確保の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、電力の使
用を節約する効果を有する対象物が存在する。

【０００４】例えば、火力発電プラントや原子力発電プ
ラントでは主に水（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いるが、ランキンサイク
ルの出力は作動流体の高温側の温度および圧力と、低温
側の温度および圧力とによって規定される。即ち、投入
したエネルギーを如何に電力（動力）に変換できるか
は、高温側と低温側の温度差を如何に大きくとれるかに
依存することを示している。

【０００５】燃料消費を増加させずに発電出力を高める
手段として、冷却水温度を低く取ることが重要であり、
この観点から、我国では殆どの発電プラントが沿岸部に
設置され、海水を冷却水として低温側熱源に使用してい
る。

【０００６】しかしながら、海水を冷却水として使用す
る場合には幾つかの不都合な点が発生している。

【０００７】先ず、ここで言う海水は海洋表層部の海水
であり、季節によりその温度が変化するので、特に夏季
には海水温度が上昇して発電出力が低下する傾向とな
る。また、取水する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
で繁殖することによって伝熱性能が阻害され、またこれ
らの生物は海水の流通抵抗となる害を誘起する。

【０００８】この対策として、復水器伝熱面に特殊なス
ポンジボールを循環させて伝熱面洗浄を実施し、定期的
な貝除去作業を行う技術が知られているが、スポンジボ
ールが海水と共に発電プラント外へ流出したり、除去さ
れた貝などの廃棄に費用が必要となる等の副次的問題が
発生することもある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、これまで
の火力発電プラントや原子力発電プラントにおいては、
主に海洋表層域の海水を復水器の冷却水として用いるた
め、発電出力の制約を受けたり、定期的な貝除去作業あ
るいは頻繁な伝熱面洗浄作業が必要となり、さらには夏
季の出力低下を余儀なくされる等の不具合があった。

【００１０】本発明はこのような不具合な点を解消する
ためになされたものであり、第１の目的は、海水を利用
する火力発電プラントあるいは原子力発電プラント等に
おける発電効率を改善することができるシステムを提供
することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、同システム
において、保守の容易化、メンテナンス性などにおいて
も大幅な改善を図ることにある。

【００１２】さらに、本発明の第３の目的は、発電シス
テムを漁業上においても有効に活用できるようにするこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】一般に、海水温度とその
組成は、水深に依存した変化をするものの、一定の深さ
より深い条件では、年間を通して水温が一定化してい
る。

【００１４】例えば、我国の周囲海域では非常に低速で
あるが南北の極地を流出源とする低温海水が、海水の比
重差により深海部に流れ込むと考えられている。そし
て、水深が３００ｍを超えると海流の影響が少なくな
り、その水温も年間を通じて約４℃前後となることが知
られている。

【００１５】また、このような深海域では太陽光が到達
せず、水中の微生物や稚貝の数が激減する。

【００１６】一方、この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が、何らかの原因
で砂埃が舞ったとしても、その高さは海底から２０ｍ以
内であり、それ以上の高さで海水を取水すれば、砂塵な
どを吸引することはないと考えられる。

【００１７】本発明は、このような知見のもとに、海洋
深層水を汲上げるためのシステムを提供するものであ
る。即ち、請求項１の発明では、火力発電プラントまた
は原子力発電プラントの冷却水として海水を利用する発
電システムにおいて、海底部から海面部まで立上り、か
つ前記海底部上の一定高さ位置に深層水汲み上げ用の取
水口を有する取水管を配設するとともに、この取水管の
上端に前記プラントへの深層水供給用の給水管を海面に
沿ってほぼ水平に連結したことを特徴とする海洋深層水
利用発電システムを提供する。

【００１８】本発明のシステムを例えば１０００ＭＷ級
の発電プラントに適用する場合、取水管および給水管と
して、直径を約３ｍのものを２本設置すればよい。

【００１９】この複数本の取水管から深海水を汲上げ
て、発電プラントへ冷却水である海水を確実に供給する
ためには、中継位置に海水供給用のポンプを設けること
が望ましい。

【００２０】そこで、請求項２の発明では、請求項１記
載の海洋深層水利用発電システムにおいて、給水管の海
側端部に給水用ポンプを設け、この給水用ポンプを支持
するための浮き台を、取水管の上端部に取付けたことを
特徴とする海洋深層水利用発電システムを提供する。

【００２１】本発明では取水管が浮き台の支柱としての
機能も発揮することになる。そして、この浮き台から発
電プラントまでの給水管は海面付近に浮遊設置される。
なお、給水管が海流に流されないようにするため、海底
からのワイヤおよび錨等で給水管を係留させることが望
ましい。

【００２２】また、本発明において望ましくは、取水管
の海水取水口を水深３００ｍを超える深さで、かつ海底
から２０ｍ以上の高さに設置する。

【００２３】ところで、本発明においては、例えば３０
０ｍを超える深さから海水を取水することとなるため、
ポンプの吸い込み位置をできるだけ海面に近付け、ポン
プ動力を低減することが望ましい。

【００２４】そこで、請求項３の発明では、請求項１記
載の海洋深層水利用発電システムにおいて、浮き台によ
って支持するポンプは海面付近に配置し、かつそのポン
プは、取水管および給水管内を流れる冷却水の流れ方向
を切替え可能とし、これにより前記取水管および給水管
内での逆流洗浄を可能としたことを特徴とする海洋深層
水利用発電システムを提供する。

【００２５】本発明によれば、浮き台で支持するポンプ
が海面に近い位置であることにより、ポンプ吸い込み圧
力は、配管長さ約３００ｍの管路抵抗と海面からの数メ
ートル程度の水頭圧力だけとなるため、ポンプ動力の低
減が図れるようになる。

【００２６】また、浮き台の上のポンプの接続配管の入
口および出口等にて海水の流動方向を切り替えることに
より、取水管および給水管内の流れを容易に逆流させる
ことができるため、管内の逆流洗浄が容易に行える。し
たがって、管内の逆流洗浄が容易に行えるため、保守の
容易化、メンテナンス性などにおいても大幅な改善が図
れる。

【００２７】以上の本発明による海洋深層水利用発電シ
ステムによると、通年して温度変化が少なく、かつ低温
の海水を発電プラントの冷却水として使用することがで
きる。例えば夏期には冷却水温度がこれまで２０℃以上
の状態であったのに対し、１０℃以下まで低下した冷却
水を使用できるため、発電効率を約１ポイント上昇する
ことができる。

【００２８】なお、海洋深層水とは一般に、水深２００
ｍ〜３００ｍを超える深海の水をいい、この特徴として
「低温性」、「富栄養性」、「清浄性」等が挙げられ
る。したがって、本発明によれば、配管系や復水器内部
での汚れや、貝の成長および付着問題などが発生しにく
く、清掃や貝除去作業を実施する時間間隔が長期化でき
る利点もある。また、取水に際して取水口の位置を海底
から２０ｍ以上高くすることにより、砂や塵などの海底
堆積物を吸い込みむことを防止でき、効率的な発電プラ
ントの運営が可能となる。

【００２９】さらに、取水管は鉛直に海底から立上らせ
るように設置するが、この取水管は内部をそのまま冷却
水の導管として利用することができるとともに、浮き台
の支持用としても機能させることができるので、資材の
有効利用により建設費を低減することができる。

【００３０】さらに、取水管から発電プラントまでの給
水管は、浮き台を利用して海水中に浮遊設置することが
できる。そして、この給水管については、海流によって
流動しないように、例えば海底からワイヤ、錨等で係留
させればよい。したがって、給水管は海面に浮遊してい
る状態で良く、この点でも建設費の低減が図れる。

【００３１】また、浮き台から発電プラントまでの冷却
水配管である給水管は、海側先端をポンプとともに浮き
台によって同一高さ位置に支持されることから、ポンプ
から受ける力は押し込み圧力となるため、配管材質は幅
広く選択することが可能となる。

【００３２】そこで、請求項４の発明では、請求項１か
ら３までのいずれかに記載の海洋深層水利用発電システ
ムにおいて、取水管または給水管は、織布製の管または
樹脂成形による管であることを特徴とする海洋深層水利
用発電システムを提供する。

【００３３】このように、比重の小さい織布製の管、あ
るいは樹脂成形による管が適用できるので、海面に沿っ
て容易に敷設することができる。

【００３４】ところで、発電プラントで熱交換されて温
度上昇した海水の戻り水は、海洋深層水の持つ「富栄養
性」および「清浄性」を有することから養殖場用海水と
して好適なものである。つまり、海洋深層水水域は太陽
光が到達しないことから有機成分には乏しいものの、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。

【００３５】そこで、請求項５の発明では、請求項１か
ら４までのいずれかに記載の海洋深層水利用発電システ
ムにおいて、プラントから熱交換後に戻される冷却水戻
り水を海側に導く戻り配管を取水管の近傍に配置すると
ともに、前記取水管、給水管または戻り配管の少なくと
も１つを用いて一定海域を囲む網を設置し、その海域に
前記戻り配管の出口から放出される温水を流し込むこと
によりその内側を魚貝類の養殖池として利用することを
特徴とする海洋深層水利用発電システムを提供する。

【００３６】このような構成によると、発電プラントか
らの温度上昇した深層水を網の内部に排水することによ
り、栄養豊富な養殖場として活用することができ、養殖
や独特の海洋牧場が形成される。

【００３７】また、請求項６の発明では、請求項１から
５までのいずれかに記載の海洋深層水利用発電システム
において、海底部から立上る取水管およびそれに支持さ
れる浮き台に代え、浮き台は浮力によって海面に浮く構
成とし、この浮き台に対し、取水管を宙吊状態で海中に
配置する一方、給水管を海面上で連結し、これら浮き
台、取水管および給水管を、ワイヤ類を介して海底から
係留したことを特徴とする海洋深層水利用発電システム
を提供する。

【００３８】本発明によれば、浮き台および支柱となる
取水管を直接海底に固定するのではなく、海中に宙吊状
態とし、浮き台そのものを海底からワイヤ類で係留させ
るとともに、浮き台から発電プラントまでの配管である
給水管も海底からのワイヤ等で係留させて浮遊固定させ
ることにより、全体構成を軽量化できるとともに設置を
容易化することができる。また、ワイヤ類の部分を利用
して網を設置することができ、魚貝類の養殖場としての
活用がさらに容易に行えるようになる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。

【００４０】図１は海洋深層水を用いた火力発電プラン
トのシステム構成を示す概略図である。

【００４１】本実施形態の発電システムは、海岸部に発
電プラント１が設置され、冷却水として海洋深層水を利
用するものであり、海底部２から海面部３まで立上り、
かつ海底部２上の一定高さ位置に深層水汲み上げ用の取
水口４を有する垂直な取水管５が配設されている。この
取水管５の上端に発電プラント１への深層水供給用の給
水管６が海面に沿ってほぼ水平に連結されている。給水
管６の海側端部には給水用ポンプ７が設けられ、この給
水用ポンプ７を支持するための浮き台８が、取水管５の
上端部に取付けられている。

【００４２】なお、本実施形態では取水管５および給水
管６が例えば直径３ｍで、一定の間隔でそれぞれ２本ず
つ設けられている。そして、取水管５が設置される海洋
の水深ａは例えば３００ｍであり、取水口４の海底部２
からの高さｂは約２０ｍ以上とされている。このような
取水口４の位置では、水温が年間を通じて約４〜５℃で
ある。

【００４３】また、取水管５は金属製（例えばスチール
等）で、下端部が海底部２に固定され、上端部が海面部
３上方に突出してポンプ７に接続されている。給水管６
は、例えば織布製の管または樹脂成形による管によって
構成されている。

【００４４】浮き台８によって支持されるポンプ７は海
面付近に配置され、かつこのポンプ７は、取水管５およ
び給水管６内を流れる冷却水の流れ方向を切替え可能と
され、これにより取水管５および給水管６内での逆流洗
浄が可能となっている。

【００４５】また、発電プラント１から熱交換後に戻さ
れる冷却水戻り水を海側に導く垂直な戻り配管９が取水
管５の近傍に配置され、この戻り配管９の上下方向中間
位置のやや下側位置に、海岸側に向って戻り水を放出す
る戻り水出口１０が設けられている。

【００４６】そして、取水管５、給水管６または戻り配
管９の少なくとも１つを用いて一定海域を囲む網１１が
設置され、その海域に戻り配管９の出口から放出される
温水を流し込むことによりその内側を魚貝類の養殖池１
２として利用するようにしてある。

【００４７】さらに、海面部３の給水管６の配設部位に
は複数の浮き１３が給水管６の長さ方向に沿って間隔的
に配置されており、これらの各浮き１３は、ワイヤ類１
４およびその先端に設けた錨１５によって海底部１２に
係留されるとともに、給水管６を接続保持し、これによ
り給水管６が海流等によって漂流することを防止するよ
うになっている。

【００４８】以上の構成を有する本実施形態のシステム
によれば、ポンプ７の駆動により取水管５の取水口４か
ら吸引された約４〜５℃の深層水が、その取水管５およ
び給水管６を介して発電プラント１の例えば復水器等に
取込まれ、熱交換作用に供される。この場合、取込まれ
る深層水は従来の海面付近の海水に比べて低い。したが
って、約４〜５℃の海洋深層水の持つ冷熱を復水器にて
活用し、ランキン発電サイクルの作動温度幅を従来に比
して約１０℃以上拡大することが可能となり、これりに
より発電効率の改善が図れ、化石燃料を大幅に節約する
ことに寄与できる。

【００４９】また、本実施形態によれば、浮き台８で支
持するポンプ７が海面に近い位置であることにより、ポ
ンプ吸い込み圧力は、取水管長さ約３００ｍの管路抵抗
と、海面からの数メートル程度の水頭圧力だけとなるた
め、ポンプ動力の低減が図れるようになる。

【００５０】また、浮き台８上のポンプ７の接続配管の
入口および出口等にて海水の流動方向を切り替えること
により、各管５，６，８内の流れを容易に逆流させるこ
とができるため、管内の逆流洗浄が容易に行える。した
がって、管５，６，８内の逆流洗浄が容易に行えるた
め、保守の容易化、メンテナンス性などにおいても大幅
な改善が図れる。

【００５１】また、本実施形態においては、海洋深層水
の「低温性」、「富栄養性」、「清浄性」等により、各
管５，６，８や復水器内部での汚れ、あるいは貝の成長
および付着問題などが発生しにくく、清掃や貝除去作業
を実施する時間間隔が長期化できる利点もある。また、
取水に際して取水口４の位置を海底から２０ｍ以上高く
することにより、砂や塵などの海底堆積物を吸い込むこ
とを防止でき、効率的な発電プラントの運営が可能とな
る。

【００５２】さらに、取水管５は鉛直に海底から立上ら
せ、そのまま冷却水の導管として利用することができる
とともに、浮き台８の支持用としても機能させることが
できるので、資材の有効利用により建設費を低減するこ
とができる。

【００５３】さらに、取水管５から発電プラント１まで
の給水管６は、浮き台８を利用して海水中に浮遊設置す
ることができる。そして、この給水管６については、海
流によって漂流しないように、海底からワイヤ類１２お
よび錨１５によって係留させたので、給水管６は海面に
浮遊している状態で良く、この点でも建設費の低減が図
れる。

【００５４】また、浮き台８から発電プラント１までの
冷却水配管である給水管６は、海側先端をポンプ７とと
もに浮き台８によって同一高さ位置に支持されることか
ら、ポンプ７から受ける力は押し込み圧力となるため、
比重の小さい織布製の管、あるいは樹脂成形による管を
適用して、海面に沿って容易に敷設することができる。

【００５５】さらに本実施形態では、発電プラント１か
らの温度上昇した深層水を網１１の内部に排水すること
により、栄養豊富な養殖場として活用することができ、
養殖や独特の海洋牧場が形成できる。即ち、本実施形態
によれば、養殖池（多くは海上に生け簀として設置）等
とした場合の水質が大幅に改善でき、衛生上からも病原
菌などの繁殖が防止できることから魚の発育も良く、養
殖事業が安全かつ経済的に行えるようになる。

【００５６】なお、本発明においては、浮き台８および
支柱となる取水管５を直接海底部２に固定するのではな
く、海中に宙吊状態とし、浮き台８そのものを海底部２
からワイヤ類で係留させるとともに、浮き台８から発電
プラント１までの給水管６も海底部２からのワイヤ等で
係留させて浮遊固定させるようにしてもよい。ワイヤ類
の部分を利用して網を設置すれば、全体構成の軽量化お
よび設置の容易化等が図れ、魚貝類の養殖場としての活
用がさらに容易に行えるようになる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、我国の
周囲に無尽蔵にある天然の冷熱源である海洋深層水を発
電プラントの冷却水に利用することにより、発電プラン
トの効率が大幅に改善され、また取水管や復水器での貝
除去や伝熱面清掃などを行う時間間隔を大幅に改善でき
る等の効果もある。

【００５８】しかも、海洋深層水の持つ「富栄養性」お
よび「清浄性」等の特性を活用して、発電プラントの冷
却水利用による取水海水の温度上昇作用を取り込むこと
により、養殖漁業に有効に利用することができる。

【００５９】よって本発明によれば、発電プラントを中
心として、そのエネルギー効率を改善することによる新
エネルギー導入と同様の電力量確保の効果が奏されると
ともに、周辺地域の漁業活性化等を併せた総合的効果が
奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による海洋深層水利用発電システムの一
実施形態を示す構成図。

【符号の説明】

１ 発電プラント ２ 海底部 ３ 海面部 ４ 取水口 ５ 取水管 ６ 給水管 ７ 給水用ポンプ ８ 浮き台 ９ 戻り配管 １０ 戻り水出口 １１ 網 １２ 養殖池 １３ 浮き １４ ワイヤ類 １５ 錨

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖田 信雄 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火力発電プラントまたは原子力発電プラ
   ントの冷却水として海水を利用する発電システムにおい
   て、海底部から海面部まで立上り、かつ前記海底部上の
   一定高さ位置に深層水汲み上げ用の取水口を有する取水
   管を配設するとともに、この取水管の上端に前記プラン
   トへの深層水供給用の給水管を海面に沿ってほぼ水平に
   連結したことを特徴とする海洋深層水利用発電システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の海洋深層水利用発電シス
   テムにおいて、給水管の海側端部に給水用ポンプを設
   け、この給水用ポンプを支持するための浮き台を、取水
   管の上端部に取付けたことを特徴とする海洋深層水利用
   発電システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の海洋深層水利用発電シス
   テムにおいて、浮き台によって支持するポンプは海面付
   近に配置し、かつそのポンプは、取水管および給水管内
   を流れる冷却水の流れ方向を切替え可能とし、これによ
   り前記取水管および給水管内での逆流洗浄を可能とした
   ことを特徴とする海洋深層水利用発電システム。
4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれかに記載の
   海洋深層水利用発電システムにおいて、取水管または給
   水管は、織布製の管または樹脂成形による管であること
   を特徴とする海洋深層水利用発電システム。
5. 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかに記載の
   海洋深層水利用発電システムにおいて、プラントから熱
   交換後に戻される冷却水戻り水を海側に導く戻り配管を
   取水管の近傍に配置するとともに、前記取水管、給水管
   または戻り配管の少なくとも１つを用いて一定海域を囲
   む網を設置し、その海域に前記戻り配管の出口から放出
   される温水を流し込むことによりその内側を魚貝類の養
   殖池として利用することを特徴とする海洋深層水利用発
   電システム。
6. 【請求項６】 請求項１から５までのいずれかに記載の
   海洋深層水利用発電システムにおいて、海底部から立上
   る取水管およびそれに支持される浮き台に代え、浮き台
   は浮力によって海面に浮く構成とし、この浮き台に対
   し、取水管を宙吊状態で海中に配置する一方、給水管を
   海面上で連結し、これら浮き台、取水管および給水管
   を、ワイヤ類を介して海底から係留したことを特徴とす
   る海洋深層水利用発電システム。