(57)【要約】【課題】発電コストの必要十分な低減（送電端で３〜４円／ｋＷｈ）と供給力（出力数千万ｋＷ以上）を適える。【解決手段】海洋深層水を活用し高温側熱源温度を抑えながらも発電効率を改善することにより、太陽熱発電装置の仕様を改善、もって発電コストを低減する。緯度に拘わらず集熱面積に恵まれれば発電量は無尽蔵である。高温岩体発電では、弧状推進で高温岩体内を貫通、通水中に所要の温度上昇を図ることで立地の制限を緩和、スケールメリットを享受、発電コストの低減を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋深層水を低温側熱源として用いることで、高温側熱源温度を下げても、発電効率を改善することを特徴とする太陽熱発電システム
【請求項２】
集熱温度を１００℃以下にすることにより、集熱、蓄熱などの取扱を簡単にし、そのコストを下げることで発電の稼働時間を上げることを特徴とする太陽熱発電システム
【請求項３】
平面反射鏡、レンズ、簡易な角度・高さ調整装置、自然流下式水路を特徴とする太陽熱集熱装置
【請求項４】
１００℃以下で大量貯水することを特徴とする貯水池型蓄熱装置
【請求項５】
低コスト貯水により発電装置の稼働時間を大幅に上げることを特徴とする太陽熱発電システム
【請求項６】
海洋深層水を低温側熱源として用いることで、高温側熱源温度を下げても、発電効率を改善することを特徴とする高温岩体発電システム
【請求項７】
高温岩体中を弧状推進などで貫通、この中に送水することで１００℃以下の温水を得ることを特徴とする改良型高温岩体発電システム
【請求項８】
弧状推進などの延長が長くなる時、途中で複数、左右を連結する合流溜まりを設けることを特徴とする集熱システム
【請求項９】
立地上の集熱の制約が緩和されることにより、スケールメリットの享受が可能となることを特徴とする高温岩体発電システム
【請求項１０】
低温、高温熱源が低品位、相当量に使われることで運搬、貯蔵のコスト面、水温降下面が実用上可能にすることを特徴とする熱運搬・貯蔵システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  原発事故以来、様々なコストが電気料金に上乗せされ、広範な企業の生産コストに影響、生産拠点の海外移転を余儀なくされるなど、ゆゆしい問題になりつつある。本発明は、国際競争力を維持するに必要十分に発電コストを低減すること、及び、電力需要に応じ無尽蔵な供給を目的とする。その際、ＣＯ２排出量の削減などの環境保全は言うまでもない。
【背景技術】
【０００２】（１）発電方式別発電コスト
国家戦略室発電コスト検討委員会では、各種発電方式について現状で考えられる発電コストを試算し、エネルギー戦略を考える上で基本的資料としている。しかし、ここで示された発電コストは、安いものでも８．８円／ｋＷｈ程度であり、更に送・配電の諸経費や利益などがかかり消費者には安く届かない。自然エネルギーによる発電はコストが大きく補助金で成り立っているが、いずれ企業、国民にしわ寄せされる。太陽熱発電と地熱発電（高温岩体発電）はＣＯ２排出量など環境保全に優れるが、発電コストは将来的にも９．９〜２０円／ｋＷｈとされている。［非特許文献１］【０００３】（２）既往の太陽熱発電
世界では１００ヶ所近い太陽熱発電が運用或いは計画されている。発電効率を上げるためには熱媒体温度を数百度に上げる必要があり、集熱形式は全自動ヘリオスタット付、パラボラの反射鏡を用いたトラフ型、タワー型である。日没後の発電のため一部は蓄熱しているが、媒体温度が高いため長時間の保温には向かない。集熱装置や発電装置も高価で稼働率は低く、発電コストは高くなっている。
また、集熱と運搬上、規模には制約が生じ、１プラント出力は数万ｋＷ程度で、スケールメリットを十分享受するに至っていない。世界と比較した時、日本の日射量は小さいとされ、太陽熱発電は諦められている（サンシャイン計画がうまく行かなかった理由は別にあり、所詮、所要面積の問題だが）。【０００４】（３）既往の地熱発電
従来、地熱発電は地中の熱水を掘り当て、その附存量に見合う計画がされている。先ず、熱水に恵まれることが前提で、規模は大きくても数万ｋＷ程度とスケールメリットとはほど遠い。［非特許文献２］
高温岩体発電では注水井から送られた水は岩盤の亀裂に侵入、暖められた熱水を生産井より取水することになっており、逸散、干渉など、注入や取水工程で確実性に不安が残る。ＮＥＤＯや電力中央研究所では２４万ｋＷ規模の高温岩体発電を研究し、発電コストも相応に低減してきたと思われるが、普及に至っていない。［非特許文献３〜７］
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】コスト等検証委員会報告書，平成２３年１２月１９日，エネルギー・環境会議，コスト等検証委員会
【非特許文献２】地熱発電の現状と動向，２０１２年，社団法人火力原子力発電技術協会
【非特許文献３】ニューサンシャイン計画「高温岩体発電システム」中間評価報告書平成１２年５月，産業技術審議会評価部会，地熱技術開発評価委員会
【非特許文献４】未利用地熱資源の開発に向けて−高温岩体発電への取り組み−，財団法人電力中央研究所，電中研レビューＮｏ．４９，２００３．３
【非特許文献５】「高温岩体発電システムの技術開発（要素技術の開発）」事後評価報告書，平成１５年８月，新エネルギー・産業技術総合開発機構
【非特許文献６】地熱発電の買取価格についての要望  日本地熱開発企業協議会  ２０１２／３／１９  第３回調達価格等算定委員会
【非特許文献７】平成２３年度地球温暖化対策技術普及等推進事業インドネシア国における新設地熱発電プロジェクトの案件発掘調査，平成２４年２月，独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構，（委託先）丸紅株式会社・株式会社三菱総合研究所
【非特許文献８】熱環境下の岩盤施設の開発をめざして−熱物性と解析−岩盤の熱環境に関する研究小委員会活動報告，土木学会岩盤力学委員会岩盤の熱環境に関する研究小委員会，２００６／３
【非特許文献９】コンクリートの熱物性値および熱物性試験に関する一考察，東北工業大学  秋田・尾坂，土木学会論文集第３８４号，１９８７／８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  産業に必要十分な発電コストの低減（送電端で３〜４円／ｋＷｈ）と電力供給力（出力数千万ｋＷ）を適える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】（１）発電効率の改善
発電効率を上げるためには高温側熱源の温度を上げる必要があり、そのため、あらゆる設備設計に制約が大きく、費用も大きくなる。
低温側熱源に海洋深層水を用いた場合の発電効率の改善については、既出願に詳述した。東京湾岸の発電所に適用した場合、発電効率で１０％程度の上昇が期待でき、ＣＯ２排出量の削減、東京湾の水温低下や都心のヒートアイランドの解消に貢献するなど、これはこれで有意義なのであるが、発電コストの低減という意味では不十分である。【０００８】  さて、冷却水の温度を下げることで発電効率は向上するが、その効果は高温側熱源温度が低い時に顕著に表れる。カリーナサイクルで高温側熱源温度が９０℃の時、従来の空調式、水冷式の発電効率は７％〜１１％と想定されているが、低温側熱源に海洋深層水（２〜４℃）を用いることで発電効率は１５％〜２１％程度、約２倍に改善される（既往諸資料より。検証と最適機種の選択を要する）。すなわち、太陽熱発電や地熱発電の高温側熱源温度を低くしても、相応の発電効率が発揮でき、システム設計の制約が緩和される。【０００９】（２）太陽熱発電の低コスト化
太陽熱発電で主なコストは、集熱装置、ヘリオスタット、蓄熱槽、発電プラントとなるが、高温熱源が１００℃以下とすることで設計方針が変わり、▲１▼集熱装置の改善、▲２▼蓄熱装置の改善、▲３▼稼働時間増加による発電装置の負担軽減などにより、発電コストを低減できる。【００１０】１）集熱装置の改善
太陽光はパラボラで焦点に集光できるが、パラボラの代わりに平面鏡の組合せを用いると、集光される位置は平面鏡の幅に広がる。次に、リニアフレシネルレンズを用いることで、平面鏡の組合せで収束した光線（放射状）を平行にすることができる。平行光線に再度バラボラを用いると焦点に収束させることができるが、ここで平面鏡の組合せを用いると、その反射鏡幅（厳密には角度のＳｉｎを乗ずる）に収束することができる。
製作が簡単で自由度が効く平板反射鏡を用いることで、大容量の集熱装置を地元の資源・素材を活用しながら、低コストで製作、維持管理することができる。【００１１】２）熱媒体の運搬
熱媒体が１００℃以下になることにより、開水路、管路を用い、常圧下で取り扱え、設備費を縮小できる。試算に依れば、温水，冷水の輸送コストは発電コストの１０％程度になる。水路内流下中の水温降下は０．３〜０．６℃程度となり、実用上問題はない。【００１２】３）集熱版の配置
反射板の軸は東西方向（厳密には同緯度線上であるが、反射板延長１．２ｋｍ程度なら東西方向の直線配置として問題はない）に向けることにより、ヘリオスタットを手動式とすることができる。【００１３】４）蓄熱装置（貯熱池の構造と容量）
従来は数百度の流体をタンクで貯蔵する形態であるが、これには容量とコストの問題、保温時間の問題などがあった。熱媒体が１００℃以下になることにより、水を用い、常圧下で簡易な貯水池形式が可能であり、設備費を縮小できる。
蓄熱時の水温の上昇では１，０００万ｍ３の温水を縦１００ｍ横１００ｍ深さ１０ｍの貯水池に貯蔵したとして、１２時間後の水温降下は０．０７℃程度になり、実用上問題はない。【００１４】５）発電装置
海洋深層水を低温側熱源として用いることで発電効率を改善し、更に、低コスト貯水により発電装置の稼働時間を大幅に上げ、発電コストの低減を図ることができる。【００１５】（３）地熱発電の低コスト化
前述と同じく海洋深層水利用で高温熱源温度を低く設定することにより、▲１▼立地上の制約を緩和、或いは開発リスクを低減し、▲２▼更にスケールメリットを享受でき、▲２▼集熱システムを改良することにより土木インフラ工事費の縮減などにより、発電コストを大幅に低減できる。伊豆大島での試算では２．９円／ｋＷｈ（送電端）となる。【００１６】１）高温岩体内の弧状推進内を流れる流体の水温上昇
プレート沈み込み帯で所定の深さになれば高温の岩体が存在する。試算に依れば３００℃の高温岩体中をφ７６２ｍｍ（３０ｉｎｃｈ）、延長３ｋｍ、流速３．２ｍ／ｓで通せば、水温は８３℃上昇し、高温側熱源として発電に利用できる。
対象区域の高温岩体は安山岩と想定され、削孔は弧状推進を用いることで経済的に施工できる。削孔された壁は鏡面状態になり強度上の問題はないが、破砕帯などが現れた場合、地盤処理も可能である。従来と方式が異なるため、注入井や生産井での流体の逸散や干渉の問題もない。【００１７】２）スケールメリットを享受
従来の地熱発電は１，０００ｋＷ〜３万ｋＷ程度を、高温岩体発電でも２４万ｋＷを例としているが、高温岩体内を貫通する推進孔内に通水させる方法であれば、地下の熱水溜まりや高温岩体内の熱水の制約を受けず、また、任意の熱量を取ることが可能となる。これにより、適地は広がり、スケールメリットを受けることができる。【００１８】３）集熱システムを改良することにより、土木インフラ工事費の縮減
岩体の温度選定、熱伝導率、弧状推進の径、高温岩体内の距離、合流溜まり、熱媒体の初期温度、集熱温度、流量、必要水頭差等を最適化することにより、土木工事費（主に弧状推進）を最適化できる。【００１９】４）発電装置
海洋深層水を低温側熱源として用いることで発電効率を改善し、前述スケールメリットにより、発電コストを低減できる。【００２０】（４）冷熱、温熱の貯蔵
通常、冷熱・温熱は運べない、或いは貯蔵できないと思われてきたが、既出願に述べたとおり、冷熱は低コストで運搬、貯蔵できるし、温熱も温度が低い場合は運搬、貯蔵が可能である。電力の安定供給のため、所定日数分を経済的に貯蔵することもできる。
【発明の効果】
【００２１】１）海洋深層水を用いた改良型高温岩体発電で発電コストは約２．９円／ｋＷｈを期待できる。発電量は大凡無尽蔵を期待でき、言うまでもなくＣＯ２排出量は小さい。【００２２】２）海洋深層水を用いた改良型太陽熱発電は日本では発電コスト７．３円／ｋＷｈを期待できる。日射量に恵まれる熱帯では４．１円／ｋＷｈとなる。発電量は集熱スペースに依存するが、蓄熱も容易であり基本的に無尽蔵である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】改良型太陽熱発電の集熱装置  東京で反射板幅を５０ｃｍ×１１枚の例である。実際は設置箇所の緯度に応じて作図、或いは各点の座標を計算し製作する。
【図２】反射板、水路配置図（一部を切り出したもの）  開水路、管路の最適化により、水温降下は０．３〜０．６℃、動水エネルギー（温水，冷水）は発電コストの１０％程度になる。
【図３】改良型高温岩体発電の例  伊豆大島改良型高温岩体発電所レイアウトを示す。
【図４】弧状推進内を流れる流体の水温上昇と発電量  高温岩体内を弧状推進内を流れる流体の水温上昇、これより生産される出力等を示す。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２４】（１）改良型太陽熱発電システム（図１，２参照）
海洋深層水の活用については既出願に詳述した。ここでは、集熱装置、蓄熱装置の改善について述べる。【００２５】１）集熱装置の設計例
反射板の製作では、地元でできる素材、工法を基本にした。反射鏡は太陽光がリニアフレシネルレンズに向くように調整する。製作誤差は反射板につけられた調整ねじで位置を合わせる（フレシネルレンズに向くようにする）ことができる。ヘリオスタットは単管と単管繋ぎ材で構成できる（Ｌ型、チャンネルなどの簡易な鋼材でも可）。【００２６】  太陽光は３６５日で約４７°を往復。１日のリニアフレシネルレンズ上での照射変位量は５．８ｍｍとなる。フレシネルレンズには３ｃｍ、次の反射鏡には３ｃｍ、次の水路には５ｃｍの余裕を持たせてあり、５日を目処に手動で調整する。また、約１ヶ月おきに反射板角度調整ねじで微調整する。（調整の仕方等は標準化しマニュアルで対応できる）
ねじを回す（角度調整）時間はかからないが、標準１セット（３００ｋＷ）全てのねじ（３００個）の操作は１人・１日の作業になる。１００万ｋＷの集熱パネルでは、約３，３００セット、５日おきに調整する場合、９００人の調整員（１，０７１ｋＷ／人）、年間人件費は数億円〜十数億円になる。これは集熱パネル工事費（東京：４，０３７億円〜熱帯：１，２８０億円）比で０．４％程度と小さい。【００２７】  基礎コンクリートの寸法は設置条件（特に風）により異なる。また、周辺状況、維持管理計画によるが、左右の基礎は隣と一体化することで縮小することもできる（適当な間隔で維持管理車両の通路は必要）。【００２８】２）熱媒体水路
試算例では、水路における媒体の回転は５回とした。一日の日射量の１／５で水路内の媒体量が３０℃から９０℃に上昇するよう、体積・流量を決定した。次に、その流量が流せるように水路断面、勾配を決定した。ここでは、水路勾配は１／３３，０００、側壁を高くし水は水面勾配（最大１／４，５００）で流れる。ポンプアップする流量を増やせば、所要の水面勾配が自動的に付く。【００２９】  水路基礎、側壁、水面には断熱材を配置することが望ましい。図の形状で約１．５ｋｍ流下した時、０．３℃の水温降下がある（熱伝導式で計算）。【００３０】３）集熱版の配置
図１に示す断面で延長方向は自由であるが、発電量、水路の大きさ、流量、水温降下などから、水路延長を１，２００ｍ（貯水池までで１，５００ｍ）を標準単位と設定、この場合、深層水未利用で１セットあたり出力は約３００ｋＷとなる。１００万ｋＷに対応するには３，３００セット、１，０００万ｋＷに対応するには３３，０００セットで対応できる。【００３１】４）貯熱池の構造と容量
貯水池は２４時間発電できるように容量を設定した。すなわち、当日の温水、第一回目が入るまで、前日の貯蔵分で発電し、中間は温水流入量から使用分の差を貯留に回し、夕方、最終回分が入った後、翌日の第一回目が入るまで貯留した分で賄えることとし、電力需要曲線、日射量曲線、回転数と各区間の時間帯等を仮定、作図で必要貯水量を求めた。貯水池は平地を開削、開削した土で土堤を築造、のり面勾配は１：１と仮定し、内側はコンクリート張り、防水層を設ける。
調整池内は適宜コンクリート隔壁、流路を設け、この上部に蓋を設けるものとする。保温のため蓋上部には土を盛る。貯熱池における水温降下は熱伝導式で計算できる。【００３２】（２）改良型高温岩体発電システム（図３，４参照）
１）伊豆大島改良型高温岩体発電所レイアウト
三原山は海底（−２，０００ｍ）から見ると、高さ２，７５８ｍ、標高−２００ｍ〜−３００ｍで地温３００℃になることが期待される。火山、地震、津波への安全から発電所は標高１５ｍ、貯水池は標高１００ｍとし、弧状推進は標高９０ｍから標高−３００ｍまで斜めに進み、水平に３，０００ｍ進んで上に向き、地上（発電所標高１５ｍ）に到達する（都合、延長約５ｋｍ）。冷水は弧状推進内を３．２ｍ／ｓで流下、温水となり発電所に到達する。なお、図のマグマ溜まりや岩体温度は他箇所からの想定である。【００３３】２）高温岩体内を弧状推進内を流れる流体の水温上昇、出力等
試算される３０万ｋＷ必要本数２．８本を改め３本とし、その際、弧状推進必要幅は６０．０ｍ，１本当たり工事費１６．２億円／本，弧状推進工事費４８．６億円（Ｌ＝５，０００ｍ，ｃｔｃ．３０ｍ，熱の干渉及び施工誤差のため）としているが、３，０００万ｋＷと規模を拡張する場合、本数は３００本、配置はｃｔｃ．３０ｍ，幅４．５ｋｍの２段ちどり配置となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明は産業の競争力を維持するため、発電コストを下げる方策である。
また、本方式による発電事業も低コスト、無尽蔵、環境調和型発電として競争力を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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