JP2009264119A - 愛する地球号と子供たちの未来にささげる海流発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 地球温暖化が現実の脅威になっている今日、ＣＯ2の排出が少ないクリーンな自然のエネルギーを電気に変換する技術は、
水車発電、水路式発電、風力発電、太陽光発電、太陽熱発電、波力発電、潮汐発電、地熱発電、海洋温度差発電などがある。
しかし、いずれも一長一短があり、安定的に、安価で大量な電気を生み出てはいない。
【解決手段】 本発明は津軽海峡の膨大な流動エネルギーである安定した海流を、青函トンネルの作業坑を利用して、電気に変換しようとする
発電システムである。
具体的には、作業坑を通路にして専用の発電用トンネル空間を数箇所掘削し、ここに発電設備を設置する。
この設備の真上に当る海底部分に水車を設置して連結し、水車を介して回転エネルギーに変換して発電するのである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、自然に循環し、しかも無料で無尽蔵な海流流動エネルギーを、トンネルという既存の施設を利用し、水中に設置した水車を介して電気
に変換する発電システムに関するものである。

自然のエネルギーを電気に変換する技術は、川の流れを利用した水車発電、水路式発電、風力発電、太陽光発電、太陽熱発電、波力発電、潮
の干満を利用した潮汐発電、地熱発電、海洋温度差発電など、世界中で実験が行われていたり、すでに実用化もされている。

しかし、川の流れを利用した水車発電、水路式発電に関しては、安価に建設でき、我が国では比較的設置に適した場所も多いが、発電量が小さ
いという欠点がある。

風力に関しては、デンマーク、ドイツ、オランダ、イギリス、アメリカ、カナダ他、多くの国々で盛んに発電が行われている。日本でも全国で数多くの
風力発電設備があり、通産省のサンシャイン計画などもあって、有望地点の大型機設置が推進されてきた。コンピューター制御の可変ピッチ型ブ
レードの開発も行われており、年々その発電量が増大している。しかし、大型化が進めば進むほどクリーンエネルギーであるはずの風力発電が別
の公害を生んでいる。それは、騒音障害、電波障害、景観への影響、野性動物や鳥類への影響、大型ブレードの高速回転に伴う安全性、
設備が台風や落雷によって破壊された場合の二次災害などである。そもそも我が国の場合は季節風と言う言葉が存在するくらい、風は、季節や、
その日の天候によって非常に不規則であり、風力も方向も不安定である。したがって無公害で安全で安価な発電方式とは言えなくなってきた。

太陽光発電に関しては、太陽電池パネルの光エネルギー変換効率が５％程度と低く、パネルに使用されるシリコンも高額であるため費用対効果が悪い。
パネルを製造するために新たな資源と費用が大量に消費される事にもなる。さらにパネルの劣化や瑕疵にともなう更新の必要性がある。
また地域によって受光時間と日数に大きな差があり、積雪や雨天、昼夜という宿命的な問題があるので課題も多い。

太陽熱発電に関しては、太陽熱を集熱器で集め、蒸気を作って蒸気タービンを回して発電する方法である。実用には高額な設備投資が予想され、太陽光発電と同じ積雪や雨天、昼夜にどう対処するかという宿命的な問題がある。

波力発電に関しては、波の上下運動やうねりなどの動揺運動をエアーポンプで圧縮し、空気タービンを回して発電する方法である。
イギリスの国土２３００Ｋｍに打ち寄せる波のエネルギーの1/4を利用できれば、イギリス全電力消費量の1/2を波力発電で賄えると言う。
ところが波のエネルギーはいかにも不安定であり、電力への変換装置の技術開発や開発費用、波の破壊力に対する耐久性など未知の部分が多い。日本でも山形県の沖合いで実験稼動中であるが、まだ開発段階である。

潮の干満を利用した潮汐発電に関しては、すでにフランスや米国・カナダの国境になっているファンジー湾で発電が行われている。湾の入り口に
ダムを作り満潮時に水門でせき止め、干潮時にその水を落として水力タービンを回すのである。
したがってダムを作る必要があり、干満の差が大きい適地は限られている。
さらに潮力で発電できる時間帯と電気の需要パターンが一致しないなど、欠点がある。

地熱発電に関しては、３００ｍから２０００ｍ位の井戸を掘り、地下から１００℃から２００℃の蒸気を取り出してタービンに導き発電するのである。
井戸には蒸気に含まれる不純物が多く付着し、頻繁に除去しなければならない。また人為的に作る蒸気と違って、蒸気圧力や温度が低く熱効率
は劣るため単機の発電量は小さい。しかし、建設単価は高いが燃料費がかからず機器構成が簡単などの利点もある。

海洋温度差発電に関しては、海洋表層の温水（２０℃から３０℃）と深層冷水（４℃から７℃）の温度差を利用するもので、暖かい海水でアンモニア、フロン等の低沸点媒体を加熱して気化させ、その蒸気でタービンを回し発電するのである。使用した蒸気は冷水で冷却して循環させるのである。まだ実験段階である。

しかし、上記に示した自然エネルギー利用の発電方式には、いずれも一長一短があり、安定的に火力発電より安価で大容量の電気を生み出してはいない。
本発明は、津軽海峡の流れである流動エネルギーを、水車を介して回転エネルギーに変換して発電する。この方法は、水力、火力、原子力で発生した水や蒸気の流動エネルギーを、タービンを介して回転エネルギーに変換して発電する方式とまったく同じで、確実に電気として取り出す事が出来るのである。

本案の、早い海流と、既存の施設を組み合わせて発電を行うシステムは、当然、英仏のドーバー海峡にも適用できる。むしろ水深が６０ｍと浅く、
安定した地質のためドーバートンネルを活用した発電システムの方が工事は容易と思われる。
しかも、英仏とも電力需要は非常に高く、環境問題に厳しいため、クリーンで安価な電力を渇望している。
いつ、両国がこのトンネル利用の海流発電システムに気づき、国際特許を出願するかも分からない。
彼らより前に、日本による取得を急がなければならないと決心した次第である。

津軽海峡と青函トンネルの位置関係の説明。
青函トンネル総延長は５３Ｋ８５０ｍあり、本州側１３Ｋ５５０ｍ、海峡部２３Ｋ３００ｍ、北海道側１７Ｋｍである。
津軽海峡の海面から１４０ｍ下に海底があり、そのわずか１００ｍ下に青函トンネルがあり、列車が走行しているのである。
この海峡部分の２３Ｋ３００ｍ区間に、作業坑から複数の連絡坑を掘削し、数個の発電室をつくり、発電機を設置して発電するのである。
発生した電気は作業坑とケーブル用斜坑か他の未使用斜坑を使って地上に取り出す。
桂井 誠著「ハンディブック 電気」オーム社 村田良平著「海が日本の将来を決める」成山堂書店 石綿良三著「流体力学」ナツメ社 牛山 泉著「さわやかエネルギー風車入門」三省堂

電気の需要は年々増加するばかりである。発電に要するエネルギーは日本の場合は約６０％が地球温暖化の原因と考えられるＣＯ2を排出する
化石燃料である。その原料の８０％を輸入に頼っている。原油は高騰し、将来も上がり続けることが容易に予想される。しかも、化石燃料はいずれ
枯渇する。それらの代替エネルギーを模索することは緊急の課題である。

海には膨大なエネルギーが秘められている事は多くの人達が知っている。実際に波力発電や潮力発電、海洋温度差発電に取り組んでいる。
しかし、どの方式にも弱点があり、電気の安価な大量生産が実現していない。
日本の近海にも大きな潮の流れがあるが、方向と幅と流量が安定せず、エネルギーとしての利用は、ほとんどなされていない。
その点、津軽海峡の場合は、幅は一定であり、流速も流量も方向もほぼ安定している。 ただ、どの様な方法でこの流れの持っているエネルギー
を取り出す事ができるのかが課題であった。
普通は海底下に発電設備を設置する事など、なかなか思いつかない。
非常に危険で、技術的困難と莫大な費用と工期がかかるからである。
そこで発案者は青函トンネルに着目した。
本発明はこの既存の設備を活用して、海流の持っている流動エネルギーを海底に設置した水車を介して回転エネルギーに変換し、発電する事を
最も主要な特徴として、課題を解決しようとするものである。

本発明は、海流という未利用で無料のエネルギーを使用するため、電気を大量にしかも安価に安定供給できる。

水車のブレードや他の構造部を空洞化し、海中の浮力を利用すれば超大型の回転装置が設置でき、メンテナンスに伴う脱着、移送も容易
である。
夏冬や、潮の干満などその時々における流速の変化には、コンピューター制御により回転ギヤーの組み合わせを自動化し、増減速しながら
回転数をコントロールする事によって、電力を安定して生産できる。
青函トンネルの長さを勘案すれば複数の発電設備が設置可能で、大容量の発電が行える。

発生した電気は作業坑とケーブル用斜坑か他の未使用斜坑を使って地上に出す。

５０メートル以下の海中に設置するため船舶の航行には影響しないし、台風等の自然災害を受けない。問題は耐震性の強化だけである。

海流と同じ速度で回転するため魚類やその他の動植物に対する影響が少ない。

発電設備は海中と海底下にあるため騒音、景観には影響がなく、人間が容易に近づけず周辺に危険を及ぼす事がない。
逆にメンテナンス等で水中での作業が増加することが予想されるので、新しい潜水技術、潜水船舶、潜水機械器具の開発や改善が進み、
別の海洋開発に役立つと考えられる。

安価で安定した電力を必要としている産業は非常に多い。
本案が具体化すれば、地球温暖化防止に役立つだけでなく、燃料費のかからない安価でクリーンな電気を生産できるので、化石燃料に依存している産業にも変化があるかも知れない。
調査をすればまだまだ海流発電システムの設置に適した地域があると考えている。
例えば、青函トンネルの出口側である。
このため、他の国々に適地があれば日本が世界をリードして海流発電システムの技術指導、供与が可能となる。

海流発電システムの実施方法を説明した図である。

符号の説明

１ 津軽海峡の水面
２ 水車ブレード回転イメージ
３ 水車ブレード
４ 海流の流れるイメージ

Claims (1)

1. 日本海には大和海盆と日本海盆にゆっくりと沈み込んだ海流が、その温度と塩分濃度の変化で浮き上がってくる循環がある。
   その湧き上がった海流が北上してくる対馬海流と重なって押し流され、津軽海峡の馬の背になった狭い地形に盛り上りながら、南下してくる親潮に
   引っ張られる。さらに日本海より潮位差の大きい太平洋の潮汐によっても加速される。
   これこそが「ショッパイ川」と言われる津軽海峡の早い流れの、みなもとである。
   流速は最速１０ノットあるといわれ、数万トンの大型艦船でもエンジントラブルで航行できなくなったら簡単に押し流され座礁する。
   これらは、日本海の海底構造と津軽海峡の地形と潮流の営みによって生み出された恒久的な流れであるため、夏冬で多少の差はあっても安定し
   ている。
   本発想は、この安定した未利用の膨大な流動自然エネルギーを青函トンネルの作業坑を活用して電気に変換しようとする発電システムである。
   具体的には、作業坑を通路にして専用の発電用トンネル空間を数箇所掘削し、ここに発電設備を設置する。この設備の真上に当る海底部分に
   水車を設置して連結し、海流の流動エネルギーを水車のブレードで回転エネルギーに変換して発電するのである。
   通常、海底下に発電設備を設置する事は、非常に危険で、技術的困難と費用と工期が莫大にかかるものと思われるが、２０年以上も安全に運用されている既存の青函トンネルを利用するため、これらの問題点を全てクリアーできる。この点がこのシステムの主要な発想点である。