(57)【要約】【課題】低廉な建設費用に建設することができ、また、地震に対する安全性を確保することができる既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムを提供すること。【解決手段】地表面３から下方に向かって掘削し形成された縦坑２と、縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群４を有する既設地下空洞１において、地下５０ｍよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群４ｄにエネルギー発生設備である原子力発電所を設け、浅い位置の横坑群４ａ、４ｂに冷却水貯蔵タンク５を設け、深い位置の横坑群４ｅ、４ｆに排水貯蔵タンク７を設けたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面から下方に向かって掘削し形成された縦坑と、
前記縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群を有する既設地下空洞において、
前記横坑群の内、地下５０ｍよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群にエネルギー発生設備を設けたことを特徴とする既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システム。
【請求項２】
前記エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも浅い深度に位置する他の横坑群には、前記エネルギー発生設備において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンクが設けられている請求項１記載の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システム。
【請求項３】
前記エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも深い深度に位置する他の横坑群には、前記冷却水貯蔵タンクからエネルギー発生設備へ供給された温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンクが設けられている請求項１記載の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システム。
【請求項４】
前記エネルギー発生設備は原子力発電所である請求項１記載の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システム。
【請求項５】
前記既設地下空洞は、廃坑となった炭坑の地下坑道である請求項１記載の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  東京のような都市の地下に原子力発電システムを設けることは特許文献１に記載されている。この特許文献１は、東京の場合、原子力発電システムを設ける場所としては、地下鉄等が設置されているため、５０ｍ以深の大深度地下設置を行う必要があることを開示している。具体的には、東京の地下５０ｍの深さには単一の比較的強固な（２０ｋｇ／ｃｍ２）地盤の土丹層が存在し、このようなトンネル地盤の荷重支持能力がある土丹層内に空洞を掘って原子力発電システムを設置するとしている。
【特許文献１】特開２００３−２７０３８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかし、このような地下原子力発電システムは、地下空洞の建設に膨大な費用がかかるという問題点がある。堅牢な地下空洞を設けるためには地質調査（地殻調査）が必要である。特に、原子力発電システムの場合には、原子炉圧力容器を支持するための強固な岩盤が広範囲に渡り存在するか否かを綿密に調査しなければならない。このため、このような地質調査の調査範囲は、調査対象深度が深く広範囲に渡るため、その費用が非常に高額になってしまう。【０００４】  さらに、原子力発電システムに必要な地下空洞は、非常に大きな空間となるために、建設時において掘り出した土砂の量も膨大なものとなる。この土砂の搬出費用や処分費用も高額なものとなる。【０００５】  また、地下空洞に対する地震の影響を予測することが事実上不可能である。即ち、地下原子力発電システムを設置する地下空洞を建設できたとしても、当該地下空洞の建設後にその地下空洞の周辺で地震が発生しないと、どのような影響を受けるのかが正確には予測できない。十分な耐震性能が確保されていない場合には、放射能汚染というリスクを伴う原子力発電システムの建設は事実上不可能である。【０００６】  このように、特許文献１の地下原子力発電システムは理論上可能であっても、地下空洞の膨大な建設費用や地震の影響についての予測が事実上不可能であるため、実現することが極めて困難である。【０００７】  本発明は、上記課題に鑑み、低廉な建設費用に建設することができ、また、地震に対する安全性を確保することができる既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、地表面から下方に向かって掘削し形成された縦坑と、前記縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群を有する既設地下空洞において、前記横坑群の内、地下５０ｍよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群にエネルギー発生設備を設けたことを特徴とする。【０００９】  さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも浅い深度に位置する他の横坑群には、前記エネルギー発生設備において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンクが設けられていることが好ましい。【００１０】  さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも深い深度に位置する他の横坑群には、前記冷却水貯蔵タンクからエネルギー発生設備へ供給された温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンクが設けられていることが好ましい。【００１１】  さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記エネルギー発生設備は原子力発電所であることが好ましい。【００１２】  さらに、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、前記既設地下空洞が、廃坑となった炭坑の地下坑道であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】  請求項１記載の本発明は、縦坑と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群を有する既設地下空洞の横坑群の内、地下５０ｍよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群にエネルギー発生設備を設けたことを特徴としており、既設地下空洞を再利用することにより、地下の状態を直接目視することができ、地下の地質状態を確実に知ることができる。さらに、横坑を再利用することにより、建設費用の大幅な低減を図ることができ、同時に、使用しない横坑の埋め立てに建設残土を利用することができる。【００１４】  請求項２記載の本発明は、エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも浅い深度に位置する他の横坑群にエネルギー発生設備において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンクが設けられているため、緊急時においても、エネルギー発生設備に冷却水を落水により供給することができる。【００１５】  請求項３記載の本発明は、エネルギー発生設備が設けられている横坑群よりも深い深度に位置する他の横坑群に冷却水貯蔵タンクからエネルギー発生設備へ供給された温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンクが設けられているため、排水を地上に送出するポンプ等の設備に故障があった場合でも、エネルギー発生設備の排水を落水により収容することができる。【００１６】  請求項４記載の本発明は、エネルギー発生設備が原子力発電所であるため、緊急時において、放射能が大気中に拡散することを防止することができる。【００１７】  請求項５記載の本発明は、既設地下空洞が廃坑となった炭坑の地下坑道であるため、堆積層の大深度にエネルギー発生設備を安価に建設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、図１乃至図６を参照しつつ、本発明に係る既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムの実施形態について説明する。本実施形態の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムは、地表面３から下方に向かって掘削し形成された縦坑２と、縦坑２と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群４を有する既設地下空洞１において、横坑群４の内、地下５０ｍよりも深い位置に設けられていると共に岩盤上に設けられている横坑群４ｄにエネルギー発生設備である原子力発電システム６を設けたことを特徴とする。【００１９】  図１は、既設地下空洞１の垂直断面図である。この既設地下空洞１は、廃坑となった炭坑の地下坑道であり、炭坑地表面３から下方に向かって掘削し形成された縦坑２と、この縦坑２と連通すると共に水平方向に延在する複数の横坑群４から構成されている。【００２０】  一般的に国内炭坑の地殻構造は、図１に示すように、上部に石炭層Ｂが存在し、その石炭層Ｂの下方に岩盤層Ａが存在する堆積層を有している。そして、岩盤層Ａの上側表面に沿って横坑群４を掘削し石炭層Ｂの石炭を採取する。また、この岩盤層Ａは水を通しにくい性質があり、一方、石炭層Ｂは水を通しやすい性質があるため、この横坑群４が位置する岩盤層Ａの上部において、豊富な水量を有する地下水脈が存在する場合が多い。なお、図１において、岩盤層Ａ及び石炭層Ｂ以外の堆積層については図面が煩雑となるため、図示を省略している。また、符号３は地表面を示している。【００２１】  縦坑２には、図１に示すような垂直方向に延在するものの他、斜坑と呼ばれている斜め下方に延在するものも含まれる。この縦坑２は、横坑群４を構成する各横坑よりも大きな坑道であり、搬入搬出用エレベータ、排水管、送風管、送電線等が放置されている。【００２２】  複数の横坑群４は、横坑群４ａ乃至４ｆとして図示されている。各横坑群４は、それぞれ岩盤Ａと石炭層Ｂの間に存在し、図２に示すように網の目状に広がっている。【００２３】  次に、本実施形態の既設地下空洞１を再利用したエネルギー供給システムの構造について説明する。【００２４】  図３及び図４に示すように、エネルギー発生設備である原子力発電所は、横坑群４ｄを構成している横坑を拡張し建設した格納ドーム６の内部空間６ｃに設けられている。この横坑群４ｄは、地表から５０ｍ以上の大深度に設けられている。日本国内の炭坑には地下１０００ｍ程度まで延在しているものがあり、このような炭坑跡においては数１００ｍの深度に設けることが好ましい。このような大深度に原子力発電所を設けることにより、緊急時においても大気中に放射能が直接拡散することを防止することができる。【００２５】  この格納ドーム６は、１ｍ以上の厚さを有するコンクリートの外殻による半ドーム部６ａと、横坑群４ｄの下方に位置する岩盤層Ａに設けた基礎部６ｂとから構成されている。この基礎部６ｂは、岩盤層Ａを凹状に掘削した跡にコンクリートを打設して構築する。本実施形態における複数の格納ドーム６内には、原子炉格納容器、発電施設、及び、復水設備等（図示せず）が格納されている。【００２６】  原子力発電所が設けられている横坑群４ｄよりも浅い深度に位置する他の横坑群４ａ、４ｂには、原子力発電所の復水設備や緊急炉心冷却装置等において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンク５が設けられている。冷却水貯蔵タンク５は、図３及び図５に示すように、横坑を拡張してコンクリート製外殻によって構築されている。【００２７】  上述したように、岩盤層Ａの上部において、豊富な水量を有する地下水脈が存在する場合が多い。従って、冷却水貯蔵タンク５には、このような地下水を貯留することが好ましい。この地下水は、例えば横坑群４ｃ等の冷却水貯蔵タンク５が設けられていない横坑群からも取水することが可能である。また、地下水脈の地下水量が少ない場合には、冷却水貯蔵タンク５に既設地下空洞１周辺の河川、湖、池、海洋等から取水された淡水や海水を貯留することも可能である。この場合、縦坑２に設けた取水パイプ（図示せず）を介して取水することになる。【００２８】  本実施形態においては、冷却水貯蔵タンク５が横坑群４ａ、４ｂの横坑を拡張しコンクリート製外殻によって設けられているが、周辺地質により漏水量が少ない横坑であればコンクリート製外殻を設けることなく複数の防水壁により区画することにより冷却水貯蔵タンクとすることも可能である。さらに、地下水の噴出量が多量である横坑群の場合には、横坑群全体を冠水させ、これを冷却水貯蔵タンクとすることも可能である。この場合、縦坑の周囲のみを防水壁により区画すれば良い。【００２９】  原子力発電所が設けられている横坑群４ｄよりも深い深度に位置する他の横坑群４ｅ、４ｆには、冷却水貯蔵タンク５から原子力発電所へ供給され温水となった排水を貯蔵するための排水貯蔵タンク７が設けられている。【００３０】  原子力発電所は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）や加圧水型原子炉（ＰＷＲ）黒鉛減速沸騰軽水圧力管型原子炉（ＲＢＭＫ）等、どのようなタイプの原子炉であっても、発電タービンを回転させる水蒸気を復水設備により冷却しなければならない。【００３１】  この復水設備による冷却は、冷却水を利用することにより行われているが、この冷却水の供給が停止すると原子炉の制御が不能となり、最悪の場合、炉心溶融を引き起こす原因となる。一般の原子力発電所は、冷却水である海水、湖水、河川水等を電動ポンプにより復水設備に供給しているが、停電があった場合にはこの電動ポンプが停止してしまう。このため、停電時においては、バックアップ用の緊急発電システム（多くはディーゼル発電機）により電動ポンプの作動を確保し、冷却水の供給が停止しないようになっている。【００３２】  しかし、地震等により停電になり、さらに緊急発電システムや上記電動ポンプまでもが故障してしまった場合、復水設備への冷却水の供給は不可能となるという問題点がある。【００３３】  本実施形態においては、原子力発電所が設けられている横坑群４ｄよりも浅い深度に位置する他の横坑群４ａ、４ｂに原子力発電所の復水設備や緊急炉心冷却装置等において使用する冷水を貯蔵するための冷却水貯蔵タンク５が設けられており、この冷却水は電動ポンプを使用しない場合でも原子力発電所の復水設備等に落水することにより供給される。落水量は電動操作及び手動操作可能なバルブにより調整される。【００３４】  平常運転時には、横坑群４��に配設されている復水設備により使用された冷却水は温排水となり地上へ送出される。この温排水はエネルギー源として使用されることが好ましく、例えば、工場における熱源、ビルや一般家屋の冷暖房、ビニールハウスの暖房等、様々な用途に使用され水温が低下する。そして、冷却された水は再度冷却水として横坑群４ａ、４ｂの冷却水貯蔵タンク５へ戻される。【００３５】  停電時等の緊急運転時には、横坑群４ｄの復水設備により使用された冷却水は温水となり、落水することにより横坑群４ｄよりも深い深度に位置する横坑群４ｅ、４ｆの排水貯蔵タンク７へ流入する。このため冷却水貯蔵タンク５及び排水貯蔵タンク７の各タンク容量は、原子炉の停止までに必要な冷却水及び排水を全て貯蔵することができるタンク容量を有していることが好ましい。このような冷却水貯蔵タンク５及び排水貯蔵タンク７を備えることにより、緊急発電システムや電動ポンプが使用不能状態になった場合でも、原子炉を安全に停止することができる。【００３６】  次に、本実施形態の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムの建設方法について説明する。【００３７】  既設地下空洞１である廃坑となった炭鉱は、一般的に廃坑の際に注水され、その地下坑道は水没状態となっている。これは、水圧によって地下坑道の崩落による地盤沈下を防止するためである。【００３８】  最初に、地表に一番近い横坑群４ａの地下坑道を満たしている水を排水し、当該坑道を調査する。落盤箇所等を調査し、落盤箇所が存在する場合には補修作業を行い、安全な状態を確保する。【００３９】  横坑群４ａの安全な状態を確保した後、横坑群４ｂの地下坑道を満たしている水を排水し、横坑群４ａと同様の調査や補修作業を行う。同様に、横坑群４ｃ乃至４ｆに対して地表に近いものから順に、排水、調査、及び、補修作業を行い、各横坑群４の安全な状態を確保する。【００４０】  本実施形態においては、既設地下空洞１を利用することにより、試掘等の調査費用を大幅に節約でき、また、各横坑群４の状態を目視できるため地質の具体的な状態を知ることができる。さらに、廃坑となっている炭鉱は、廃坑となってから長期間が経過しているため、その間に多くの地震の影響を受けている。このため、これら地震に対する安全性を既設地下空洞１の状態から推察することができる。このような過去の地震による影響を既設地下空洞１の状態から直接知ることは、従来の地質調査では不可能である。【００４１】  既設地下空洞１の安全性が確保され、地震等による影響にも問題がないと判断された場合には、既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムの建設を開始する。【００４２】  最初に、上述した縦坑２の搬入搬出用エレベータ等の旧設備を取外し、新たに搬入搬出用エレベータ等の設備（図示せず）を縦坑２の内部に設置する。また、縦坑２には、緊急時に放射能が大気中に拡散することを防止する複数の閉鎖扉２１を設置する。次に、横坑群４ａ、４ｂに冷水貯蔵タンク５を、横坑群４ｄに原子力発電所の格納ドーム６を、そして、横坑群４ｅ、４ｆに排水貯蔵タンク７を建設する。これらの地下設備の建設は、既存の坑道を拡幅することにより、建設廃土の廃土量を低減することができる。さらに、これら���建設廃土を使用しない坑道（例えば、横坑群４ｃ）の埋め立てに使用することにより、地上に搬出する手間と、建設廃土の処理費用を低減することができる。この建設廃土は、例えば、横坑群４ｃのように、設備を設ける必要がない横坑群の埋め立てに使用することにより、当該横坑群の落盤を防止と建設廃土の処理を行うことができる。【００４３】  なお、冷水貯蔵タンク５、格納ドーム６、及び、排水貯蔵タンク７等はコンクリート製建築物であり、これらの原料となるコンクリートには、石炭消去後に生成された石灰灰を混合することにより、コンクリートの性能を向上させることができる。この石灰灰は石炭を精製する際に発生し、廃棄物として廃坑となった炭坑の周辺に大量に野積みされている。従って、この石灰灰をコンクリートの材料として使用することにより、この石灰灰の処理とコンクリートの材料の入手という２つの利点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る実施形態の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムを設ける既設地下空洞１の垂直断面図である。
【図２】図１に示す既設地下空洞１の横坑群４の水平断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態の既設地下空洞を再利用したエネルギー供給システムを設けた状態を示す既設地下空洞１の垂直断面図である。
【図４】図１に示す既設地下空洞１の横坑群４ｄの水平断面図である。
【図５】図１に示す既設地下空洞１の横坑群４ａの水平断面図である。
【図６】図１に示す既設地下空洞１の横坑群４ｅの水平断面図である。
【符号の説明】
【００４５】１  既設地下空洞
２  縦坑
２１  閉鎖扉
３  地表面
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ  横坑群
５  冷却水貯蔵タンク
６  格納ドーム
６ａ  半ドーム部
６ｂ  基礎部
６ｃ  内部空間
７  排水貯蔵タンク
Ａ  岩盤層
Ｂ  石炭層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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