広島工業大学紀要研究編
第 49 巻（2015）13-18

論文

瀬戸内海における橋脚下海洋空間を活用した潮流発電技術の開発― 大島大橋橋脚周辺の潮流エネルギー観測と取得可能なエネルギー量の試算 ―石垣衛＊（平成26年10月23日受付）

The Power Generation from Tidal Currents Using Pier at Seto Inland Sea― Observation and Trial Calculation about Tidal Currents Energy of an Ohshima Ohashi Bridge ―Mamoru ISHIGAKI（Received Oct. 23, 2014）

Abstract
Japan is the maritime state surrounded by the sea, effective use of the ocean energy which exists
abundantly is an important issue, and the realization is desired. Tidal current is the periodic energy
which can be predicted, therefore it can expect to supply energy stably. In Seto Inland Sea, manystraits and Seto regions exist, and it is known that tidal current energy will be ampliﬁed because atidal current becomes quick. Therefore, the power generation technology which utilized current energy attracts attention. This study estimated the possibility of the tidal current power generation inSeto Inland Sea by performing local observation. At ﬁrst time, the amount of maximum energies
was calculated by observing the tidal current of Seto Inland Sea. Next, the amount of maximum energies obtained when a dynamo is built was calculated.
Key Words: Power Generation, Tidal Current, Seto Inland Sea, Hydraulic Model, GIS Data Base

でも，潮流発電は潮汐で定まる周期的なエネルギーを利用

1 ．はじめにするため，予測可能で安定的なエネルギー供給が期待され

東日本大震災に伴う原子力発電事故以降，再生可能エネる。特に，大小の島々が数多く存在する瀬戸内海では多くルギーを利用した発電技術の需要が高まっており，その実の海峡・瀬戸域を有しており，当該域における潮流は増幅

１）用化が急務となっている。革新的エネルギー・環境戦略されることから潮流エネルギーを活用した発電は注目されによると，太陽光や風力等の再生可能エネルギーによる発る技術である。また海峡・瀬戸域には架橋が施されている

電量は，2010 年度の 1,060 億 kWh から 2030 年度には 3,000

場所が多いことから，既存の橋脚を活用した潮流発電が可億 kWh へと約３倍に導入拡大するとしており，新たな再能となれば発電施設等の建設コストの削減が期待できる。

生可能エネルギー技術の開発・実用化が求められている。

本研究では，図 - １に示すような橋脚下海洋空間を活用

特に，我が国は四方を海に囲まれた海洋国家であり，自然した潮流発電技術２）の開発を目的に，現地において潮流観エネルギーとして豊富に存在する海洋エネルギーを有効活測を実施し，発電施設仕様を想定することで取得可能なエ用することは重要な課題であり，その実現が望まれている。

ネルギー量の算定を行い，潮流発電技術の実現性の評価に海洋エネルギーを活用した発電技術は，波力発電，温度向けた課題を示した。

差発電，海流・潮流発電，潮汐発電等に分類され，その中＊＊＊

広島工業大学工学部都市デザイン工学科― 13 ―

石垣衛（2） 調査方法

2．潮流発電エネルギー量算定に向けた現地調査a） 海底地形測量
海底地形測量は，2013 年３月６日～８日の小潮時にお（1）調査地域および調査概要
調査地域として対象とした大畠瀬戸は，広島湾の南西部

いて，図 - ２に示す地形測量範囲を対象に，マルチビームに位置し，山口県柳井市と周防大島町に挟まれた瀬戸であ測深機（Sonic2022）を搭載した観測船により，10cm 精る。その最狭幅は約 800m の規模であり，その上に大島大度にて海底地形を計測した。

橋が架橋されている。また日本三大潮流の一つであり，全b）曳航式による潮流観測

国でも有数の急流場所として知られている。海上保安庁が曳航式による潮流観測は，図 - ３に示す２月 26 日～ 27３）

公開している潮流予報値 によると，大潮時の最大流速は

日の大潮時において，下げ潮時 9:00 ～ 15:00 と上げ潮時４）

約 7.0kt であり，藤井らの試算 では，瀬戸断面を通過す7:00 ～ 13:00 のそれぞれ６時間を対象に，１時間毎の３次る年間のエネルギー賦存量は 244,929MWh に達すること

元流速を計測した。計測は，ADCP（ワークホースセンチから，潮流発電適地として期待できる。

ネル 600kHz）を搭載した観測船が図 - ２に示す測線上を

現地調査は，海底地形の形状，潮流の速度を調査項目に約 2.0kt 以下の速度で曳航することで，測線下の３次元流設定し，大畠瀬戸全域の海底地形測量と曳航式による潮流速データを取得した。

観測を実施した。さらに発電機タービンを橋脚に付帯することを想定し，橋脚近傍の潮流観測を実施した。

1.5潮位［T.P. m］

1.00.50.0-0.5-1.0-1.5

下げ潮観測期間-2.000062/26
図-３図-１N1218

上げ潮観測期間
002/27061218

柳井観測局における調査期間の潮位変化

橋脚下海洋空間を活用した潮流発電技術２）

岩国市
広島湾
柳井市

周防灘
05 10

図-４

橋脚近傍の水平方向の潮流観測位置

図-５

橋脚近傍の鉛直方向の潮流観測位置

柳井市
20 km

：地形測量範囲：潮流観測測線図-２

周防大島町
00.25

0.51 km

地形測量範囲および曳航による潮流観測測線― 14 ―00

瀬戸内海における橋脚下海洋空間を活用した潮流発電技術の開発c）橋脚近傍の潮流観測至っていない。なお，17 日 5:20 ～ 7:50 の上げ潮時におい橋脚近傍の潮流は，構造物の影響により増幅・減衰するて，機器トラブルが生じたため欠測した。

ことが考えられるため，橋脚からの水平距離に対する潮流（3）現地調査結果変化と，橋脚近傍における鉛直方向の潮流変化を計測項目a）海底地形測量に設定した。

地形測量結果を図 - ６に示す。図より，大島大橋の東側

水平方向の潮流観測は，図 - ４に示すＰ４橋脚の北西端で大きな深みがあり，図中の赤丸で示す最深部で 87.5 mに位置する防衝工の TP-12m の地点に，H-ADCP を北向の値を得た。一方，西側では，主に 35 m 以浅の水深帯がきに設置し，水平距離６m より２m 間隔で潮流データを分布しており，全体的に起伏の多い複雑な海底地形となっ取得した。観測期間は 2013 年９月 29 日 18:00 ～ 11 月 10ている。また，Ｐ３橋脚とＰ４橋脚の間で大きな括れが存

日 8:00 の約 42 日間とし，10 分毎の水平２次元流速デー在することが示されており，海底地形の形状より，この括タを取得した。

れに潮流が集中することから，当該地点で流速が大きくな

鉛直方向の潮流観測は，図 - ５に示すように，水平方向ると考えられる。の潮流観測と同位置の防衝工に ADCP を搭載した観測船を係留し，観測船の北側に位置する地点（防衝工から４m離れた箇所）に鉛直下向きに設置し，水深２m から 0.5mピッチで海底付近までの３次元流速を計測した。観測期間
は，大潮時の 2014 年１月 16 日 13:00 ～ 17 日 16:00 の約27 時間を対象とし，１分毎の３次元流速データを取得した。ただし，潮流の転流後は，観測船の後方からの流れが生じ危険を伴うため，潮流の弱まる満潮時および干潮時の30 ～ 40 分 間 に 観 測 船 の 向 き を 反 転 さ せ た。 そ の 際 にADCP を観測船の左右反対側に付け替える必要があることから，その反転作業期間においては，データの取得には

図-６上げ潮最強時（２月 27 日 7:00）
図-７図-８断面流速分布測線位置

大畠瀬戸の海底地形図-９上げ潮最強時の断面流速分布

図 -10下げ潮最強時の断面流速分布

下げ潮最強時（２月 26 日 12:00）

水深 10m 層における潮流ベクトル― 15 ―

石垣衛b）曳航式による潮流観測とから，橋脚から６m 以上離れた地点では，橋脚の影響曳航式による潮流観測の結果，水深５m 間隔の各水深による潮流の乱れは小さいものと考えられる。

帯で流向，流速を比較すると，水深方向には大きな差異は

図 -12 に橋脚近傍の鉛直方向の潮流観測結果を示す。な確認されず，ほぼ一様であった。図 - ７に発電機タービンお，鉛直成分の＋は上向き，－は下向きを示し，流向につの設置を想定している水深 10m の上げ潮最強時および下いてはそれぞれの潮時の平均±標準偏差を示す。上げ潮げ潮最強時の潮流ベクトルを示す。図より上げ潮最強時で時は，最大流速分布より，水深５m 以浅において 3.5kt 程は，Ｐ３橋脚南側付近で，地形に沿って括れに向かう流れ度の値を示し，水深 10 ～ 20m では 5.2 ～ 7.2kt と水深間が確認され，最大流速は水深 10m で 6.9kt の値が得られた。

でばらつきが大きく，最大流速は水深 17m の地点で 7.2kt

Ｐ４橋脚付近においても，上げ潮時では大橋通過前後で流を示した。鉛直成分の最大流速分布より，上げ潮時は全水向に大きな差異は確認されず一様であった。また，下げ潮深帯で下降流が確認され，その最大値は水深９m で 2.8kt

最強時においても，Ｐ３橋脚南側付近の橋梁直下において，であった。また，平均流向分布より，水深８m 以深にお上述した括れに向かう流れが確認され，最大流速は，水深いて偏差が大きく，乱れが生じていることがわかる。この10m で 6.3kt の値を得た。この流れは，大橋を通過した後結果は，図 - ７で示したＰ４橋脚南西に位置する浅瀬側かも流向はほぼ一定であった。

らの流れにより，海底の急勾配に伴う強い下降流が生じて

図 - ８に示す大島大橋の東西に測線を設けて，スプライいるためと考える。更に，Ｐ４橋脚近傍において東北東のン補間法により断面流速分布を抽出した。当該結果では流流れが生じており，当該調査の観測位置が防衝工の背後に速値を補間で算出していることから，潮流の絶対値につい位置していることから（図 - ５），橋脚の影響による下降て議論はできないものの，大畠瀬戸における潮流分布の特流が生じ，その結果，底層での乱れが大きくなるものと考性については十分評価できるものと考える。

えられる。

図 - ９に上げ潮最強時流速分布を，図 -10 に下げ潮最強

一方下げ潮時は，最大流速，鉛直成分最大流速ともに，時の流速分布を示す。図 - ９より，上げ潮時に西測線でほ海底付近を除いて一様の分布を示し，最大流速は 5.3 ～ぼ一様な流速分布を示していたものの，東測線では，Ｐ３6.6kt の間で分布していた。鉛直成分の最大流速は 1.5 ～橋脚とＰ４橋脚の中央付近で局所的に最大流速が形成され2.1kt の値が得られ，Ｐ４橋脚北東側の深みからの上昇流る結果を得た。一方，図 -10 より下げ潮時に東測線では，が確認された。流向については，海底付近を除いて偏差がＰ３橋脚近傍で最大流速が確認され，西測線では，Ｐ３橋小さく，267 ～ 279°を示した。下げ潮時は，図 - ７で示し

脚とＰ４橋脚間を中心に最大流速が形成されることが確認たとおり，Ｐ４橋脚付近においてほぼ西向きの流れであるされた。潮流の向きは，上げ潮時は西から東，下げ潮時でことから，橋脚の影響は小さいものと考えられる。

は東から西に流れており，大橋を通過した後に上げ潮時，下げ潮時ともに流速が大きくなることが示された。ここで，

3．潮流発電エネルギー量の算定

黒の点線は，大島大橋の橋脚の範囲を示しており，水深０（1）発電施設仕様の想定～ 15m に位置する。当該範囲の流速は，上げ潮時および潮流発電装置は，主に水平軸型タービンのプロペラ型，下げ潮時にＰ３橋脚とＰ４橋脚ともに水深方向に一様で大垂直軸型タービンのダリウス形水車やサボニウス形水車なきな流速値を示しており，橋脚を利用した潮流発電が期待どがあり，国内外において様々な形式が提案・開発されてできる流速分布が形成されていると考える。

いる５）。海域によって潮流の特性が違うため，最適な潮流

c）橋脚近傍の潮流観測発電装置も海域ごとに異なることが予想される６）。一般的

橋脚近傍の水平方向の潮流観測の結果（図 -11），Ｐ４に水平軸型タービンは発電効率が良く，大型化が容易であ橋脚の防衝工から水平距離 20m の地点において，上げ潮る一方で，垂直軸型タービンは，流れの方向に対する依存時の最大流速は 6.2kt を示し，下げ潮時での最大流速は性が小さいことが特徴として挙げられる。パワー係数 Cp5.8kt であった。橋脚に接近した水平距離６m の地点では，については，プロペラ型は 0.3 ～ 0.4，ダリウス形水車や下げ潮時は最大 5.8kt と 20m 地点と同程度であった。一方，サボニウス形水車は 0.2 ～ 0.3 を示すことが多いことが知上げ潮時には 5.9kt と 20m 地点に比較して若干流速の損失られている。

があるものの，その規模は５％に満たない程度であった。

上述したとおり，Ｐ４橋脚防衝工から水平距離６m のまた水平距離６m 地点の平均流向は，上げ潮時は 75°を示

地点では，上げ潮，下げ潮ともにほぼ一定の流向を示してし，下げ潮時は 279°の値が得られ，いずれの潮時もばらおり，いずれの潮時の潮流も捉えることが可能で，かつ高つきは僅かであり，ほぼ一定の値を示した。このことは，効率な発電機タービンが望ましい。山磨らが実施した水槽

水平距離 20 m 地点においても同様の傾向を示しているこ

実験２）によると，開発した対象翼のプロペラ型タービンは，― 16 ―

瀬戸内海における橋脚下海洋空間を活用した潮流発電技術の開発

流速[kt]

水平距離6 m8642
0-2-4-6-8

水平距離10 m

上げ潮最大5.9[kt]

上げ潮最大6.0[kt]

上げ潮最大6.2[kt]

下げ潮最大5.8[kt]

下げ潮最大6.0[kt]

下げ潮最大5.8[kt]

下げ潮

下げ潮

下げ潮

上げ潮

上げ潮

上げ潮

350
300

流向[degree]

水平距離20 m

250
200
150
100
5009/29

10/910/1910/29

11/8 9/29

図 -1110/910/1910/29

11/8 9/29

10/910/1910/2911/8

橋脚近傍における流速および流向の経時変化

0

水 深［m］

510152025-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 -3 -2 -1 0 1 2
鉛直成分最大流速［kt］
最大流速［kt］

3090
180 270
平均流向［degree］

360○：上げ潮，●：下げ潮

図 -12

橋脚近傍における流速および流向の鉛直分布

上げ潮時，下げ潮時ともに Cp が 0.35 を示していること

ここで，P：エネルギー量（W），ρ：海水密度（kg/ ㎥），から，双方向の流れを効率良く捉えることが可能である。

S：潮流通過断面積（㎥），V：潮流（m/s）である。海水

このことから，対象翼プロペラ型タービンを想定し，取得密度は 1020kg/ ㎥を仮定し，タービンの直径は，他の海域可能なエネルギー量の算定を行った。

利用者との協調を考慮して直径 10m（エネルギー取得面（2）算定方法

積 78.5 ㎡）を仮定した。また，パワー係数 Cp については，橋脚の影響による潮流の乱れが小さいＰ４橋脚防衝工か前述の対称翼プロペラ型タービンの値である 0.35 を設定

ら水平距離６m の地点を対象に，上述した約 42 日間の潮した。ただし，流向が上げ潮時 75°，下げ潮時 279°と正対流観測結果を用いて，式（1）により取得可能なエネルギー称から 24°のずれが生じているものの，当該算定ではこれ量の算定を行った。

による損失は考慮していない。また，タービンの機動性やP＝ 12ρSV 3Cp

発電機の稼働率は考慮せず発電効率は 1.0 としている。
（3）算定結果（1）

図 -13 に想定した発電機仕様でのエネルギー出力を示― 17 ―

石垣衛す。 図 よ り， 最 大 出 力 は 380.5kW の 値 が 得 ら れ， 平 均

畠瀬戸を対象とした潮流観測の結果，橋脚近傍においても102.8kW の出力を得られることが示された。また，図 -14

約 6.0kt の流速値が得られ，橋脚から６m 以上離れた地点に示すように一日あたりの最大エネルギー量は 3.7MWh

では，橋脚の影響による潮流の乱れは小さいものと考えらを示し，平均 2.5MWh のエネルギー量が取得可能であるれた。同地点において，想定した発電機タービンを設置すと見積もられた。このエネルギー量は，１世帯が消費するることで，一日あたりの最大エネルギー量は 3.7MWh を電気消費量を 10kWh/day と仮定すると，250 世帯に相当示し，平均 2.5MWh のエネルギー量が取得可能であるとすることが分かった。しかしながら，以上の算定は発電機見積もられた。

タービンの起動特性や潮流の乱れによるエネルギー損失が謝見込まれておらず，今後の詳細な評価が課題として挙げられる。

辞本研究は，独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が実施する「平成 24 ～ 25 年度次世代4．結言

海洋エネルギー発電技術研究開発」の研究助成により実施したものである。ここに，関係者に謝意を表す。

瀬戸内海における橋脚下海洋空間を活用した潮流発電技術の開発を目的に，潮流観測を実施し，発電施設仕様を想参考文献定することで取得可能なエネルギー量の算定を行った。大１）エネルギー・環境会議：革新的エネルギー・環境戦略，
20p，2012.

400２）広島工業大学，ナカシマプロペラ株式会社，五洋建設

350

株式会社：平成 24，25 年度次世代海洋エネルギー発エネルギー[kW]300

電技術研究開発成果報告書，2014.（印刷中）３）海上保安庁第六管区ホームページ：海象情報 / 潮流推250

算，http://www1.kaiho.mlit.go.jp//KAN6/2_kaisyo/

200

tidal-current/tidalc_fore-ca st.html
４）藤井雅之，錦屋茂男：大畠瀬戸の潮流発電に関する研150

究，独立行政法人国立高等専門学校機構大島商船高等100

専門学校紀要，第 39 号，pp.52-57，2006.

50５）経塚雄策：潮流発電の研究開発の現状と課題，日本エネルギー学会誌，Vol.92，No.3，pp.248-254，2013.

09/29

10/9

図 -1310/1910/29６）経塚雄策：潮流発電（特集 海からのエネルギー），エ

11/8

ネルギー・資源，Vol.33，No.3，pp.136-146，2012.

発電機タービンによるエネルギー出力７）塩沢孝之，肥後竹彦，高杉由夫，埜口英彦，1991 年：
潮流エネルギー利用に関する研究，中国工業技術試験

4所研究報告，第７号

エネルギー量[MWh/day]８）石垣衛，三好順也，森田学，森本健司，山本瞭太：瀬戸内海における橋脚下海洋空間を活用した潮流発電技

3術の開発，広島工業大学紀要（研究編），第 48 巻，pp.1-6，2014９）平成 25 年度 NEDO 新エネルギー成果報告会－熱利2用・海洋エネルギー－，pp.144-153，201310）平成 26 年度 NEDO 新エネルギー成果報告会海洋エネルギー分野・熱利用分野予稿集，pp.101-112，2014

109/29
図 -1410/910/1910/29

11/8

発電機タービンによる取得可能エネルギー量― 18 ―