参考資料
2024 年 1 ⽉ 16 ⽇
東京⼯業⼤学

津波防災×潮位差発電を同時実現する可動式防潮堤
⾃⼰発電化により災害停電時にも稼働【要点】
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世界初となる、⾃⼰発電で作動する可動式防潮堤による潮位差発電⽅式を提案

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全国 56 港を対象に発電量を試算し、後背地に余剰電⼒を供給できる可能性を⽰唆

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実現性ありと判定された港は 23、うち 20 港は南海トラフ地震の津波到達予想地域【概要】
東京⼯業⼤学 環境・社会理⼯学院 融合理⼯学系の⾼⽊泰⼠教授らは、⾃⼰発電型可動式防潮堤に関する研究成果を発表した。
今後 40 年以内の発⽣確率が 90%と予測されている南海トラフ地震による津波、気候変動により巨⼤化が懸念される台⾵による⾼潮など、⽇本の港は沿岸域災害のリスクが⾼い地域に⽴地している。本研究では、⽇本の⽣命線とも⾔える港を津波や⾼潮から守るとともに、未来に渡って予測可能な「潮位差エネルギー」を利⽤して、沿岸域防災と潮位差発電を同時に実現する画期的な防潮堤システムを提案した。本研究は、東京⼯業⼤学、株
式会社ワールド設計（沖縄）、協同エンジニアリング株式会社（⼤分）、オリエンタル⽩⽯株式会社（東京）、株式会社センク２１（東京），中外テクノス株式会社（広島）、⽇本防蝕⼯業株式会社（東京）、株式会社ネポクコンサルタント（神奈川）、⼋千代エンジニヤリング株式会社（東京）、株式会社テクノシステム（島根）らで構成される「潮位差エネルギーの利⽤による港の活性化研究会」による成果である。

可動式防潮堤を活⽤した港における潮位差発電のイメージ

本研究成果は 11 ⽉ 6 ⽇（現地時間）付けで国際学術専⾨誌「Renewable Energy」に掲載された。

●背景
近い将来に予想される地震・津波、および気候変動に伴い激甚化が懸念されている台
⾵・⾼潮災害への対策として、可動式防潮堤の技術が注⽬されつつある。2020 年 12 ⽉には国内初となる海底設置型フラップゲート式防潮堤（⽤語 1）が岩⼿県⼤船渡市に、2022
年 3 ⽉には同種のゲートが兵庫県南あわじ市に設置された。2024 年元⽇に⽯川県能登地⽅で発⽣した令和 6 年能登半島地震（マグニチュード 7.6）では、直後に津波が発⽣し、多くの港で船の転覆や流出、陸地への乗り上げなど⼤きな被害が発⽣した。可動式防潮堤
は、このような港に押し寄せる津波を⾷い⽌め、停泊する船や建物、物揚・加⼯施設、そこで働く⼈々、あるいはその背後地域で暮らす⼈々を守るために設置される。
可動式防潮堤には、常時は海底⾯下にゲートを格納でき、船の出⼊りや潮の流れを阻害せず、上空に巨⼤な梁が架かる通常の⽔⾨のように視界や景観、船の⾼さの妨げにもならず、他の⼯法に⽐べると地権者交渉など建設に係る調整コストが⼩さいなど、⾮常に数多くの優れたメリットがある。しかしながら、技術的な難易度が⾼く、建設コストも⾼価になりがちで、過去の実績も少ないため、導⼊の機運は必ずしも⾼いという訳ではない。本
研究のメンバーらは地震の衝撃や液状化にも耐え、港⼝を閉鎖することで津波の港内への浸⼊を防ぐ構造として、ニューマチックケーソン⼯法（⽤語 2）による基礎をもつ可動式防潮堤の研究開発を⾏ってきた（図１）。
ニューマチックケーソン基礎の内部にはスペースが設けられており、海底⾯下に防潮ゲートを格納することが可能である（図 1 の 8 に図⽰）。地震発⽣時にはウィンチを解除することで、ゲートは浮⼒を得て無動⼒で浮上し、短時間で港⼝を閉鎖することができる。
⼀⽅で、ゲートを海底⾯下に再び引き下げる際には動⼒が必要となるため、地震等で停電が発⽣してしまうとウィンチを動かすことができず、港の再開に⽀障を及ぼす懸念があった。

図１ ニューマチックケーソン基礎を有する可動式防潮堤の施⼯⽅法

そこで本研究では、可動式防潮堤により⽣み出される港の内外での局所的な潮位差エネルギーを動⼒源として活⽤することを考えた。フランスや韓国など⼲満の差が⼤きい⼀部の国・地域では、⼤規模な潮位差発電施設がすでに稼働している。しかし、四⽅を海に囲まれながら、⼲満の差が⽐較的⼩さい⽇本では潮位差発電の事例はこれまで存在しなかった。無限の再⽣可能エネルギーである潮位差エネルギーをほとんど利⽤できていない状況を少しでも克服するため、発電したエネルギーの港の後背地への供給ポテンシ
ャルについても検討した。
●研究成果
本研究では、可動式防潮堤の設置により既存の港に⼤きな津波・⾼潮シェルターとしての役割をもたせ、同時に港内外の潮位差を活かして潮位差発電を⾏う⾃⼰発電型可動式防潮堤のコンセプトを提案するとともに、⼲満の差が⽐較的⼩さい⽇本でも実現可能か検討した。
港の利⽤と潮位差発電を両⽴するため、夜間のみ港を閉鎖し、その間に発電を⾏うシナリオを検討した（図２a, b）。この際、⽣み出される電⼒が可動式防潮堤⾃体の作動電⼒として⼗分か、港の後背地への電⼒供給が可能か、⼤潮だけでなく⼩潮時にも発電可能か、といった観点に⽴ち実現性を検討した。
広い港では出⼊⼝の幅が 100 m 以上にもなるため、⼀基のゲートのみで港を閉鎖することができず、複数のゲートを延⻑線上に配置する必要性が出てくる。ゲート同⼠が接触せず作動するためにはある程度の隙間を設ける必要があるが、この空間を発電タービンの設置場所として有効利⽤することを考えた。しかし、この隙間は津波の進⼊路にもなるため、本来は出来る限り⼩さい⽅がよく、海⽔流⼊率や施⼯性、地震による地盤の変形などを考慮した最⼩幅の空間にタービンを設置する案について検討した（図２c）。

図２ 可動式防潮堤による潮位差発電のイメージ（最終的には、図１に図⽰する可動式防潮堤の製作⼯程に組み込むことを想定）

以下に、発表論⽂における具体的な成果を⽰す。
（１） 計算式に潮位差発電に関係する変数を⼊⼒することで、可動式防潮堤で閉鎖された港の発電電⼒量（発電量）ポテンシャルを予測できる発電量試算モデルを提案した。任意の潮位差や潮汐パターン、港の広さ、深さ、港⼝の幅、ゲートの設置数、タービンの設置数、⽔⾞の⼤きさ、パワー係数（⽤語 3）などに対して、発電量の時間的変化を計算することができる。天⽂潮位は将来にわたってかなり正確に予測できるため、何年何⽉何⽇の何時にどの程度の発電が可能か細かく試算することができる。これにより中⻑期的な経済性を個別の港レベルで検討することができるようになる（図３）。

図３ モデル港における発電量試算例（上は⼤潮、下は⼩潮のケース）（２） 港の地域的な分布や数などを考慮の上、最終的に全国 56 の港を選定し、潮位差発電ポテンシャルを試算した（図 4）。発電ポテンシャルは港によってばらつきが顕著だが、全般的に東⽇本よりも⻄⽇本で⼤きく、⽇本海側よりも太平洋側で⼤きいことがわかった。また、夜間 8 時間で 500 kWh 以上発電できる港は⼩潮時にはないが、⼤潮時には 1,000 kWh を超える港があることなどがわかった。

図４ 全国 56 の港における潮位差発電ポテンシャルの試算結果（左は⼤潮、右は⼩潮のケース）（３） 可動式防潮堤を外部電源に頼らない独⽴的なシステムにするためには、最低限ゲート作動のための電⼒を⾃⼰発電する必要がある。56 港のうち 23 港でその発電ポテンシャルがあることがわかった（図 5）。また、ゲート作動⽤の電⼒以外は余剰電⼒として港の後背地に供給可能と考えることができる。余剰電⼒が特に⼤きな港では⼤潮時の夜間 8 時間における発電量が 1,000 kWh 以上にもなると試算され、地域で停電が発⽣した際などに貴重な電源として活⽤が期待できる。

図５ 23 港における夜間 8 時間発電量（地点番号は図４に対応）（４） （２）で述べた通り、特に⻄⽇本の太平洋側で発電ポテンシャルが⾼いという試算結果が⽰された。⻄⽇本に位置する港には⽇本経済の⼤動脈である臨海⼯業地帯を⽀えている港が少なくないが、同時に津波や⾼潮による災害リスクが⾼い地域でもある。特に南海トラフ地震は近い将来に発⽣が予測されている災害の中でも最⼤級の災害だが、⾃⼰発電型可動式防潮堤の実現性が⽐較的⾼い 23 港のうち、20 港が南海トラフ地震により 2 m 以上の津波が予測されている地域に位置していることがわかった（図 6）。したがって、⾃⼰発電型可動式防潮堤は南海トラフ地震の対策のひとつとしても検討することができる。

図６ 南海トラフ地震による津波想定（内閣府シナリオ：ケース３）および⾃⼰発電型可動式防潮堤の実現性が⽐較的⾼いと判定された 23 港の位置図（５） 全国 56 港の全データに対して統計解析を⾏ったところ、数ある影響要素のうち、潮位振幅と港内⾯積が特に発電量に影響を及ぼす要素であることがわかった。そのため、この 2 要素をもとに⾃⼰発電型可動式防潮堤の実現性を簡易的・予備的に判定できる図を提⽰した（図 7）。

図７ 簡易判定図

（６） 発電タービンを複数台配置する場合、⽔⾞背後に⽣じる後流という流れの振動が隣接タービンの発電出⼒を低下させてしまう懸念がある。本提案⽅式の場合、隙間の鉛直⽅向にタービンを複数配置することで後流による相互⼲渉を防ぎ、効率的な発電が可能であることを 3 次元数値流体解析により明らかにした（図 8）。

図 8 隙間の鉛直⽅向に複数台の発電タービンを設置した場合の 3 次元流体解析●社会的インパクト
本研究の取り組みは、有望な技術でありながらもなかなか弾みが付かない可動式防潮堤に、潮位差発電という再⽣可能エネルギーの利⽤価値を付加することで普及を後押しする狙いもある。また、潮位差発電を⾏うため夜間に港を閉めれば、その時間帯の津波や⾼潮対策にもなり、⽇常的に稼働させることで、いざという時にも不安なく可動式防潮堤を起動できるなど、防災上の⼤きなメリットもある。夜間だけでなく、盆休みや年末年始など、⽐較的⻑い間港を使わない期間に発⽣する津波や⾼潮の対策にもなる。また、災害などにより停電が発⽣した場合でも、港を臨時の潮位差発電所にできれば、緊急的な電⼒を孤⽴した地域に供給するような役割も期待できる。
●今後の展開世界を⾒渡しても海⾯上昇や地盤沈下、海岸侵⾷などにより、津波や⾼潮、⾼波など災害リスクは年々⾼まっており、沿岸域を持続的に守っていくためには、より⼀層効果的・効率的な防災技術が求められている。本提案を実現するためには、数々の技術的課題を解決し、実証試験等を通じて機能を明らかにしていく必要があるが、⽇本の過酷な災害条件で技術を着実に発展させることができれば、⽇本発の「発電もできる画期的な防災技術」として将来海外に輸出展開できる⽇が来るものと期待される。また、⽇本の場合、全国津々浦々に⾮常に数多くの港が整備されてきたが、今後さらに少⼦⾼齢化が進み、実質的に遊休状態の港が増えてくると予想される。このような既存のインフラ財産を今後有効に活⽤する⽅策の⼀つとしても、可動式防潮堤による潮位差発電のシステムを提案していきたい。

【⽤語説明】（1）

海底設置型フラップゲート式防潮堤：常時は海底⾯に横たわるゲートを災害等に起伏させることができる防潮堤。

（2）

ニューマチックケーソン⼯法：最下部の密閉された作業室に⾼圧の空気を送ることで地下⽔の浸⼊を防ぎながら掘削を⾏い、地中に基礎を構築していく⼯法。

（3）

パワー係数： 発電タービンのエネルギー変換効率。

【論⽂情報】

掲載誌：Renewable Energy
論⽂タイトル：Feasibility of a Self-powered Movable Seawall using Microtidal
Energy in Japan
著者：Hiroshi Takagi a, Ryouichi Tomiyasu b, Taketo Araki c, Tomoyuki Oyake d,Noritaka Asakawa e, Ichiro Ishihara f, Takeharu Kawaoka g, Feng Yan h, Hayato
Kokusho i, Mikio Hino j
所属：a 東京⼯業⼤学、b 株式会社ワールド設計、c 協同エンジニアリング株式会社、d オリ
エンタル⽩⽯株式会社、e 株式会社センク２１、f 中外テクノス株式会社、g ⽇本防蝕⼯業株式会社、h 株式会社ネポクコンサルタント、i ⼋千代エンジニヤリング株式会社、j 株式会社テクノシステム

DOI：10.1016/j.renene.2023.119563【問い合わせ先】
東京⼯業⼤学 環境・社会理⼯学院 融合理⼯学系
⾼⽊ 泰⼠
Email: takagi.h.ae@m.titech.ac.jp【取材申し込み先】
東京⼯業⼤学 総務部 広報課
Email: media@jim.titech.ac.jp
TEL: 03-5734-2975

FAX: 03-5734-3661

教授