(57)【要約】【課題】新たな水力発電設備を小規模かつ安価に設置でき、海辺に隣接して設置される火力発電所等における発電電力の不足を確実に解消できる臨海用の水力発電システムを提供する。【解決手段】上部に取水口１１を有し、海側から陸側への海水の浸入を阻止する止水壁１と、止水壁１の陸側における地下空間２０に設けられ、取水口１１から取り入れられた海水を水頭差を設けた管路２により導いて発電する発電装置２と、止水壁１の陸側の地盤における地下水位を低下させることにより発電装置２から排出された海水を地下空間２０より深い地盤中に浸透させて貯留する海水貯留手段３とを備える。【選択図】　図２
2004137847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に取水口を有し、海側から陸側への海水の浸入を阻止する止水壁と、
前記止水壁の陸側における地下空間に設けられ、前記取水口から取り入れられた海水を水頭差を設けた管路により導いて発電する発電装置と、
前記止水壁の陸側の地盤における地下水位を低下させることにより前記発電装置から排出された海水を前記地下空間より深い地盤中に浸透させて貯留する海水貯留手段とを備えることを特徴とする臨海用の水力発電システム。
【請求項２】
前記海水貯留手段は、前記止水壁の陸側の地盤において上下方向に埋設され、内部に地下水を流入させるためのストレーナーを設けたケーシング管と、前記ケーシング管の内部に内側面から隙間をおいて設けられ、下端部に通水孔を有する内筒管と、前記ストレーナー及び前記通水孔を通過した地下水を吸引して排出する吸引排出装置とからなる地下水位低下装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の臨海用の水力発電システム。
【請求項３】
前記発電装置は、前記管路内を流れる海水により回転して発電機を駆動させる水車と、前記水車の下流側において前記管路に接続した真空室と、前記真空室内に前記管路内を流れる海水を保持しながら、ほぼ真空に維持する真空吸引ポンプとを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の臨海用の水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海辺に隣接する地域において用いられる臨海用の水力発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水力発電システムとしては、例えば、水力発電所に設けられるものであって、ダム堤体部を主要部とする水槽と、水槽から取水口を通じて排出される水を水頭差により発電用水として水車まで導く水圧管路と、水圧管路における流水により回転する水車と、水車により駆動する発電機とを備えるものが開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
土木学会編，「土木工学ハンドブックＩＩ」，第四版，技報堂出版，１９９３年１１月２０日，ｐ．１６７０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の水力発電システムに依拠して新たな水力発電設備を設置するには、水圧管路において取水口から水車まで十分な発電を行うための落差が確保された大規模なダム建設を行う必要があり、膨大な資金、資材、労働力を投入することが前提となっている。
しかしながら、近年の社会的事情により、そのような大規模なダム建設や膨大な資金等の投入により新たな水力発電設備を設置することが事実上困難な状況となっており、かかる状況の下においては、従来の水力発電システムと異なり、新たな水力発電設備を小規模かつ安価に設置できる水力発電システムの開発が要請されている。
【０００５】
一方、東京等沿岸地域に形成される大都市圏においては、平常時にあっては、海辺に隣接して設置される火力発電所等による発電電力を蓄積して得られる電力供給力でもって大半の電力需要に対応することとしている。
しかしながら、近年、例えば夏期におけるクーラーの集中使用等により、かかる火力発電所等のみでは、発電電力が不足して停電するなどの事態を招くことが避けられない状況となっており、かかる状況の下においては、そのような発電電力の不足を確実に解消できる発電システムの開発が要請されている。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、新たな水力発電設備を小規模かつ安価に設置でき、海辺に隣接して設置される火力発電所等における発電電力の不足も確実に解消できる臨海用の水力発電システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る臨海用の水力発電システムは、上部に取水口を有し、海側から陸側への海水の浸入を阻止する止水壁と、止水壁の陸側における地下空間に設けられ、取水口から取り入れられた海水を水頭差を設けた管路により導いて発電する発電装置と、止水壁の陸側の地盤における地下水位を低下させることにより発電装置から排出された海水を地下空間より深い地盤中に浸透させて貯留する海水貯留手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このような臨海用の水力発電システムによれば、止水壁の陸側の地下空間に設けられ海水を用いて発電する発電装置及び発電に用いた海水を地下空間より深い地盤中に貯留する海水貯留手段を備え、海辺に隣接する狭隘な地下空間及びその直下の地盤中を有効に利用することとしたので、新たな水力発電設備を小規模かつ安価に設置でき、海辺に隣接して設置される火力発電所等における発電電力の不足も確実に解消できることとなる。
【０００９】
このような技術的手段において、海水貯留手段としては、止水壁の陸側の地盤中の地下水位を低下させることで発電に用いた海水を地下水として貯留するための空間を確保し得るものであれば、どのような構造や工法を用いているかなどの別を問わなず、例えばウェルポイント工法、ディープウェル工法、ジーメンスウェル工法等の中から適宜選定しても差し支えなく、加えて、地盤中に設置された壁体により地下水を貯留するための空間を確保する地下ダムに類似した技術的手段を併せて用いても差し支えない。
【００１０】
ただし、止水壁の陸側の地盤における地下水位の低下をより効率的に実行することとして、予想外の電力需要の急増に対応する十分な供給力をより一層安価に得るという観点からすれば、海水貯留手段は、止水壁の陸側の地盤において上下方向に埋設され、内部に地下水を流入させるためのストレーナーを設けたケーシング管と、ケーシング管の内部に内側面から隙間をおいて設けられ、下端部に通水孔を有する内筒管と、ストレーナー及び通水孔を通過した地下水を吸引して排出する吸引排出装置とからなる地下水位低下装置を備えることが好ましい。
【００１１】
また、自由落下による水の力のみならず流水に勢いをつけた結果増大することとなる水の力をも用いて発電を効率的に行うこととして、予想外の電力需要の急増に対応する十分な供給力をより一層安価に得るという観点からすれば、発電装置は、管路内を流れる海水により回転して発電機を駆動させる水車と、水車の下流側において管路に接続した真空室と、真空室内に管路内を流れる海水を保持しながら、ほぼ真空に維持する真空吸引ポンプとを備えることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
なお、ここでは、海辺に隣接して設置される火力発電所による発電電力の不足を解消する場合について説明するが、これに限られるものではなく、火力発電所以外の原子力発電所等の発電所による発電電力の不足を解消する場合でも、以下の説明が妥当する。
【００１４】
また、海辺に隣接して設置されていない発電所における発電電力の不足を解消する場合でも、海辺に隣接して本発明に係る臨海用の水力発電システムを設置することによる実益がある限り、本発明の適用が可能であり、以下の説明が妥当する。
【００１５】
［臨海用の水力発電システム］
図１は本発明の一実施の形態に係る臨海用の水力発電システムの全体構成を示す平面図、図２は同臨海用の水力発電システムの部分構成を示す断面図（図１におけるＡ方向矢視図）、図３は同臨海用の水力発電システムの部分構成を示す断面図である。
【００１６】
なお、図１において、符号７１は、海辺に隣接して設置される火力発電所、を示している。
【００１７】
本実施の形態において、臨海用の水力発電システムは、大都市であるＸ市における予想外の電力需要の急増に対応しようとする目的で設置されるものであり、図１及び図２に示すように、止水壁１と、発電装置２と、海水貯留手段３とを含むものとして構成されている。
【００１８】
以下、これらの各構成要素についてさらに詳細に説明する。
【００１９】
（１）止水壁１
止水壁１は、図１及び図２に示すように、上部に取水口１１を有するものであり、海側から陸側への海水の浸入を阻止する機能を果たすものとして構成されている。
【００２０】
すなわち、このような止水壁１によれば、海側から陸側への海水の浸入が阻止されることとなり、これにより、止水壁１の陸側の地盤における地下水位を低下させるという海水貯留手段３の機能が担保されることとなっている。
【００２１】
具体的には、この止水壁１としては、これらの図に示すように、ＳＭＷ工法等によって構築された柱列式の地中連続壁が用いられている。
【００２２】
もちろん、これに限られるものではなく、海側から陸側への海水の浸入を後記する海水貯留手段３の機能を妨げない程度に阻止し得るものであれば、海側が露出状態にあるか否かなどの設置態様の別を問わず、地盤の状態、発電設備の規模、立地条件や経済的条件等に応じて適宜選定して差し支えない。このような止水壁１としては、例えばシートパイルや鉄筋コンクリート等を打設してなる壁式の地中連続壁なども用いることができる。
【００２３】
（２）発電装置２
発電装置２は、止水壁の陸側における地下空間たる立坑空間２０に設けられるものであり、取水口１１から取り入れられた海水を水頭差を設けた水圧管路２１により導いて発電する役割を果たすものとして構成されている。
【００２４】
ここで、立坑空間２０としては、これらの図に示すように、ブロック積や石積擁壁工等を用いて構造物により保護された法面２０ａ及び柱列式の地中連続壁の陸側面２０ｂにより形成されたものが用いられている。
【００２５】
もちろん、地下空間としては、これに限られるものではなく、止水壁１の陸側の地下に設けられるものであれば、上方が開口となっているか地盤により閉塞されているかなどの別を問わず、地盤の状態、発電装置の規模、メンテナンスの必要性や経済的条件等に応じて適宜選定して差し支えない。このような地下空間として、上方が地盤により閉塞されており、水圧管路２１の一部が地盤中に埋設されるものも用いることができる。
【００２６】
具体的には、この発電装置２としては、水圧管路２１と、水車２２と、発電機（図示外）と、真空室２３と、真空吸引ポンプ２４とを含むものとして構成されている。
【００２７】
水圧管路２１は、図１及び図２に示すように、止水壁１の陸側において設けられるものであり、取水口１１から取り入れられた海水を水頭差により発電用水として下方向に導く機能を果たすものとして構成されている。
【００２８】
すなわち、このような水圧管路２１によれば、取水口１１から取り入れられた海水が水頭差により発電用水として下方向に導かれることとなり、これにより、海水を用いた水力発電が行われることとなっている。
【００２９】
また、水車２２は、図１及び図２に示すように、水圧管路２１内を流れる海水により回転して発電機を駆動させる機能を果たすものとして構成されている。
【００３０】
すなわち、このような水車２２によれば、水圧管路２１内を流れる海水の勢いを用いて回転することで発電機を駆動させることが可能となっており、これにより、水圧管路２１内を流れる海水の勢いを用いた水力発電が行われることとなっている。
【００３１】
ここで、水車２２は、図示しないが、複数存在しており、同じく複数存在している発電機を均等な速度で駆動させる歯車列を有している。
【００３２】
これにより、水車２２が複数存在する場合において、得られた水の力を各水車２２に均等に振り向けて効率的な発電を実現させることが可能となっている。
【００３３】
さらに、発電機は、図示しないが、水車２２により駆動する機能を果たすものとして構成されている。
【００３４】
すなわち、このような発電機によれば、水圧管路２１内を流れる海水により回転する水車２２を用いた水力発電が行われることとなっている。
【００３５】
ここで、発電機は、図示しないが、複数の各水車２２に対応して複数存在しており、これにより、複数の各水車２２とともに効率的な発電を実現させることが可能となっている。
【００３６】
さらにまた、真空室２３は、図１及び図２に示すように、水圧管路２１のうち水車２２の下流側から上方に突出するよう取り付けられており、水圧管路２１の内部に連通口２３ａを通じて連通するものとして構成されている。
【００３７】
ここで、真空室２３は、図２に示すように、真空室２３の内部のうち水圧管路２１との連通口２３ａから水圧管路２１よりも上側までの部分に亘って流水を保持しながら、余りの部分をほぼ真空に維持できる程度に、水圧管路２１から上方に突出しているという態様となっている。
【００３８】
これにより、真空吸引ポンプ２４の有する機能が妨げられないこととなり、その結果、予想外の電力需要の急増に対応する十分な供給力がより一層安価に得られるという効果が担保されることとなっている。
【００３９】
また、真空吸引ポンプ２４は、図２に示すように、真空室２３の内部のうち水圧管路２１との連通口２３ａから水圧管路２１よりも上側までの部分に亘って流水を保持しながら、余りの部分をほぼ真空に維持する機能を果たすものとして構成されている。
【００４０】
すなわち、このような真空吸引ポンプ２４によれば、自由落下による水の力のみならず、流水に勢いをつけた結果増大することとなる水の力もが用いられて効率的な発電が行われることとなり、これにより、予想外の電力需要の急増に対応する十分な供給力がより一層安価に得られることとなっている。
【００４１】
また、本実施の形態のような、真空吸引ポンプ２４を含む臨海用の水力発電システムによれば、大きな水頭差を必要としないことから、海辺に隣接しているため大きな水頭差の確保が事実上非常に困難であるという地理的な制約条件に適合しているのみならず、海辺に隣接して設置される火力発電所による発電電力の不足を解消するという目的の達成にとっても適合的な態様となっている。
【００４２】
ここで、真空吸引ポンプ２４は、真空室２３の内部で保持される流水に係る水面よりも高い位置に配設され、吸引口を通じて真空室２３の内部に連通する真空吸引ポンプ２４と、水圧管路２１のうち真空室２３の下流側において配設され、海水を下流方向に吸引する排水ポンプ２３ｂであって吸引力の調節が可能であるものとを備えている。
【００４３】
つまり、このような排水ポンプ２３ｂが真空吸引ポンプ２４の他に配設されていることから、水圧管路２１により発電用水として導かれる海水を過度に吸引してしまう事態は有効に回避されることとなり、その結果、真空吸引ポンプ２４が発揮する機能が担保されることとなっている。
【００４４】
（３）海水貯留手段３
海水貯留手段３は、図２に示すように、止水壁１の陸側の地盤における地下水位を低下させることにより、発電装置２において発電用水として用いられ地盤中に排出された海水を立坑空間２０より深い地盤中に浸透させて貯留する機能を果たすものとして構成されている。
【００４５】
すなわち、このような海水貯留手段３によれば、止水壁１の陸側の地盤における地下水位が低下することとなり、これにより、発電用水として用いられ地盤中に排出された海水が地下水として貯留されることとなっている。
【００４６】
ここで、海水貯留手段３は、同図に示すように、止水壁１の陸側の地盤において上下方向に埋設され、内部への地下水の流入が可能であるストレーナー３１ａが付設されるケーシング管３１と、ケーシング管３１の内部に内側面から隙間をおいて設けられ、下端部に通水孔３２ａを有する内筒管３２と、ストレーナー３１ａ及び通水孔３２ａを通過した地下水を吸引して排出する吸引排出装置３３とからなる地下水低下手段を含むものとして構成されている。
【００４７】
これにより、止水壁１の陸側の地盤における地下水位の低下がより効率的に実行されることとなり、その結果、予想に反して発生する電力需要の急増に対応する十分な供給力がより一層安価に得られることとなっている。
なお、吸引排出装置３３により吸引して排出された地下水は、発電用水として再利用され又は海に廃棄されることとなっている。
【００４８】
すなわち、このような臨海用の水力発電システムによれば、止水壁１の陸側の立坑空間２０に設けられ海水を用いて発電する発電装置２及び発電に用いた海水を立坑空間２０より深い地盤中に貯留する海水貯留手段３を備えており、海辺に隣接する狭隘な地下空間及びその直下の地盤中を有効に利用することとしたので、新たな水力発電設備を小規模かつ安価に設置できることとなっている。
【００４９】
次に、図１を参照にしながら、本実施の形態に係る臨海用の水力発電システムの作用について説明する。
【００５０】
大都市であるＸ市においては、平常時にあっては、海辺に隣接して設置される火力発電所７１における火力発電装置（図示外）が稼働しており、火力発電装置による発電電力を蓄積して得られる電力供給力でもって電力需要に対応している。
【００５１】
このような状態において、夏期になりクーラーが集中使用されると、Ｘ市における電力需要が一時的に予想以上に急激に増大する。
【００５２】
すると、火力発電装置による電力供給力のみでは、かかる予想外の電力需要の急増に十分に対応できない状態となる。
【００５３】
このような状態において、臨海用の水力発電システムが稼働が開始されると、火力発電装置による発電電力に加えて、この臨海用の水力発電システムによる発電電力を蓄積することが可能となる。
【００５４】
これにより、非常時にあっては、火力発電装置による電力供給力及び臨海用の水力発電システムによる電力供給力の双方でもってＸ市における予想外の電力需要の急増に対応できることとなる。
【００５５】
ここで、臨海用の水力発電システムによる電力供給力は、火力発電所７１による発電電力の不足を補完し得るものとして設計されている。
【００５６】
したがって、このような臨海用の水力発電システムによれば、海辺に隣接して設置される火力発電所７１における発電電力の不足が簡易な設備で確実に解消されることとなり、その結果、Ｘ市が非常時にあっても、発電電力が不足して停電するなどの事態を招くことがなくなる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る臨海用の水力発電システムによれば、予想外の電力需要の急増に対応する十分な供給力が安価に得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る臨海用の水力発電システムの全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る臨海用の水力発電システムの部分構成を示す断面図（図１におけるＡ方向矢視図）である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る臨海用の水力発電システムの部分構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　止水壁
２　発電装置
３　海水貯留手段
１１　取水口
２０　立坑空間
２０ａ　法面
２０ｂ　陸側面
２１　水圧管路
２２　水車
２３　真空室
２３ａ　連通口
２３ｂ　排水ポンプ
２４　真空吸引ポンプ
３１　ケーシング管
３１ａ　ストレーナー
３２　内筒管
３２ａ　通水孔
３３　吸引排出装置
７１　火力発電所
【図１】
2004137847.tif 000003
【図２】
2004137847.tif 000004
【図３】
2004137847.tif 000005