JP5263829B2

JP5263829B2 - 海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法及びそのモニタリングシステム

Info

Publication number: JP5263829B2
Application number: JP2009105648A
Authority: JP
Inventors: 公紀下島
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: JP2010197368A

Description

本発明は海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法及びそのモニタリングシステムに関し、特に、海底下地層に貯留した二酸化炭素が海底から漏洩することを効率よく検出する場合に適用して有用なものである。

近年、地球温暖化を緩和するために様々な取り組みがなされている。例えば省エネルギー化や、二酸化炭素の排出を抑制することなどが行われている。このような取り組みの一つとして、工場や発電所等から排出される二酸化炭素を回収し、貯留する方法（ＣＣＳ：ＣａｒｂｏｎＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ）が種々提案されているが、そのなかでも、二酸化炭素を海底下地層に貯留する方法（海底下地層貯留）が二酸化炭素削減の即効性ある方法として注目されている（例えば、特許文献１参照）。

海底下地層貯留の実施に際しては、二酸化炭素が周囲の環境に与える影響を監視することも重要である。特に、海底下地層に貯留された二酸化炭素（以降、この二酸化炭素を「貯留二酸化炭素」という。）が海中に漏洩している場所を特定することは、海洋環境の変化の把握につながり有用である。このような事情から、貯留二酸化炭素が漏洩している場所を効率よく検出する技術の実現が望まれている。

しかしながら、貯留二酸化炭素が海中に漏洩している箇所の特定に関しては経験則などにより行われており、海底下地層から貯留二酸化炭素が漏洩している箇所の特定に関しては確立された技術が存在していないのが現状である。また、漏洩箇所の特定が困難であることから、海中に漏洩した貯留二酸化炭素（以降、「漏洩二酸化炭素」という。）の状況を継続的にモニタリングすることも難しい。このように、貯留二酸化炭素の漏洩箇所の検出や測定を効率的に行うことは難しいという問題がある。

特開２００４−２３７１６７号公報

本発明は、上記従来技術に鑑み、海底下地層貯留した二酸化炭素が海底から漏洩していることを効率よく検出してモニタリングすることができる海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法及びそのモニタリングシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、海底の複数の箇所間での音の送受信の情報に基づいて海水密度の変化が生じている第１の領域を特定し、当該第１の領域で海底下地層に貯留された貯留二酸化炭素が海中に漏洩していると推定し、二酸化炭素の測定手段を備えて無索で自律運航する無索水中移動手段を前記第１の領域に移動させ、前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第１の領域のうち、貯留二酸化炭素が海中に漏洩したものである漏洩二酸化炭素が検出された領域を第２の領域として限定し、前記測定手段を備えて有索で運航する有索水中移動手段を前記第２の領域に移動させ、前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第２の領域のうち漏洩二酸化炭素が検出された領域を貯留二酸化炭素の漏洩箇所として特定することを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法にある。

かかる第１の態様では、広範囲に亘る海域から貯留二酸化炭素が漏洩している第１の領域を推定し、その後、第１の領域を無索水中移動手段が調査して第２の領域を特定し、更にその後、第２の領域を有索水中移動手段が貯留二酸化炭素の漏洩箇所の検出を行う。このように、音響による調査と無索水中移動手段とで広範囲に亘る海域を第２の領域まで限定するので、有索水中移動手段は第２の領域に限定して調査を行うことができ、これにより効率的に貯留二酸化炭素の漏洩箇所を検出することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法において、前記貯留二酸化炭素の漏洩箇所を特定した後、当該漏洩箇所において定期的又は継続的に前記測定手段により漏洩二酸化炭素の測定を行うことを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法にある。

かかる第２の態様では、定期的又は長期に亘る漏洩二酸化炭素の状況の変化を観察することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法において、前記第１の領域を特定する際には、異なる周波数の音ごとに海水密度の変化が生じている領域を特定し、これらの領域の重複する部分を第１の領域とすることを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法にある。

かかる第３の態様では、貯留二酸化炭素が漏洩している蓋然性は、より高いものと推定できる。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法において、前記第１の領域を特定する際には、第１の周波数の音と、この第１の周波数と異なる第２の周波数（例えば、第１の周波数よりも低い周波数）の音を用い、前記第１の周波数の音の送受信に基づいて海水密度の変化が生じている第１の領域を特定したとき、前記第２の周波数の音の送受信の情報に基づいても海水密度の変化が生じている場合、当該第１の領域で海底下地層に貯留された貯留二酸化炭素が海中に漏洩していると推定することを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法にある。

かかる第４の態様では、貯留二酸化炭素が漏洩している蓋然性が高い箇所を直接的に推定し得る。

本発明の第５の態様は、相互に音を送受信可能に海底に設置された複数の音響送受信手段と、前記音響送受信手段による音の送受信の情報に基づいて海水密度の変化が生じている第１の領域を特定することで当該第１の領域で海底下地層に貯留された貯留二酸化炭素が海中に漏洩していると推定する漏洩領域推定手段と、二酸化炭素を測定する測定手段を有し、無索で自律運航する無索水中移動手段と、前記測定手段を有し、有索で運航する有索水中移動手段とを備え、前記無索水中移動手段は、前記第１の領域のうち、前記測定手段の測定結果に基づいて貯留二酸化炭素が海中に漏洩したものである漏洩二酸化炭素を検出した領域を第２の領域として限定し、前記有索水中移動手段は、前記第２の領域のうち、前記測定手段の測定結果に基づいて漏洩二酸化炭素が検出された領域を漏洩二酸化炭素の漏洩箇所として特定することを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリングシステムにある。

かかる第５の態様では、音響送受信手段が広範囲に亘る海域から貯留二酸化炭素が漏洩している第１の領域を推定し、その後、第１の領域を無索水中移動手段が調査して第２の領域を特定し、更にその後、第２の領域を有索水中移動手段が貯留二酸化炭素の漏洩箇所の検出を行う。このように、音響送受信手段と無索水中移動手段とで広範囲に亘る海域を第２の領域まで限定するので、有索水中移動手段は第２の領域に限定して調査を行うことができ、これにより効率的に貯留二酸化炭素の漏洩箇所を検出することができる。

本発明によれば、海底下地層貯留した二酸化炭素が海底から漏洩していることを効率よくモニタリングすることができる海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法及びそのモニタリングシステムが提供される。

海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法を実施するための手順を表した図である。本発明の実施形態１に係る海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリングシステムの概略構成図である。海底に配置された音響送受信手段と貯留二酸化炭素の漏洩箇所との位置関係を示す概略図である。音響送受信手段（海中音響装置）の外観図である。漏洩二酸化炭素の監視装置の全体構成図である。データキャリアの概略図である。漏洩二酸化炭素の監視装置を用いた漏洩二酸化炭素の測定状況を表す図である。海底設置型自動昇降装置の全体構成図である。海底設置型自動昇降装置を用いた漏洩二酸化炭素の測定状況を表す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

〈実施形態１〉
図１は、海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法を実施するための手順を表した図である。

図示するように、海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法では、貯留二酸化炭素の漏洩箇所を特定し（ステップＳ１０）、その漏洩箇所で漏洩二酸化炭素の測定を行う（ステップＳ２０）。

具体的には、貯留二酸化炭素の漏洩箇所は、音響トモグラフィー技術により特定し（ステップＳ１１）、その後、ＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle）により特定し（ステップＳ１２）、さらにＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）により特定する（ステップＳ１３）。また、その漏洩箇所で漏洩二酸化炭素の定期的測定（ステップＳ２１）又は／及び継続的測定（ステップＳ２２）を行う。

以下、貯留二酸化炭素の漏洩箇所の特定及び漏洩二酸化炭素の測定について詳細に説明する。

［貯留二酸化炭素の漏洩箇所の特定］
図２は、海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリングシステムの概略構成図であり、図３は、海底に配置された音響送受信手段と二酸化炭素の漏洩箇所との位置関係を示す概略図である。

図２に示すように、例えば、発電設備５１から排出される二酸化炭素は分離回収され、パイプライン５２により沿岸海域の海底下地層の帯水層５３に圧入され、帯水層５３に隔離される。他にも、二酸化炭素は、海底の坑口から圧入されたり、海洋施設（海上プラットホーム）の海上坑口から圧入されることもある。

このように帯水層５３に貯留された貯留二酸化炭素は、例えば、図３に示すように、海底の亀裂１５から漏れ出すことが予想される。なお、漏洩二酸化炭素は気体又は液体である。以下、このような亀裂１５近辺の海域において、海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリングシステム１、すなわち、海中音響装置１０（音響送受信手段）と、二酸化炭素が漏洩している箇所を推定する情報処理装置２０（漏洩領域推定手段）と、無索潜水機（無索水中移動手段）３０と、有索潜水機（有索水中移動手段）４０とによる貯留二酸化炭素の漏洩箇所の特定について説明する。

海中音響装置１０及び情報処理装置２０は、音響トモグラフィー技術を用いて貯留二酸化炭素の漏洩箇所の特定を行うためのものである。具体的には、複数（図示例では５個）の海中音響装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅは、貯留二酸化炭素の漏洩が予想される海域の海底に設置され、それぞれの海中音響装置１０ａ〜１０ｅは絶対位置及び互いの相対位置がＧＰＳなどで把握された状態で設置されている。これらの海中音響装置１０ａ〜１０ｅは、亀裂１５を跨ぐように設置されている。

海中音響装置１０は、図４に示すように、所定の周波数の音を送受信する送受信機１２を備えた音源や、電源装置、これらの音源・電源装置を制御する制御機器などが容器１１内に設けられて構成されたものである。容器１１は枠体１３に固定され、送受信機１２を上にした状態、すなわち、３６０度の全周囲に亘って音を送受信できる状態で、枠体１３を介して海底に設置されている。

また、図２及び図３に示すように、海底には中継制御手段１４が設置されている。中継制御手段１４は、海中音響装置１０ａ〜ｅと、地上の監視局５０に設置された情報処理装置２０とを接続しており、中継制御手段１４を介して情報処理装置２０と海中音響装置１０ａ〜ｅとの間で相互にデータや制御信号の送受信が可能になっている。

情報処理装置２０は、ＣＰＵ、記憶手段、入出力装置を備えており、海中音響装置１０ａ〜ｅに音を送信させる制御信号を送信すると共に、海中音響装置１０ａ〜ｅから得たデータに基づいて、貯留二酸化炭素が漏洩している領域を推定する計算を行うものである。

詳言すると、５個の海中音響装置１０ａ〜ｅは、情報処理装置２０からの制御信号に基づいて、同時刻に送受信機１２から他の４個の装置に音を発し、他の４個の装置からの音を送受信機１２で受信する。この時、送受信の時間の差を各装置に対してそれぞれ検証し、海水の密度に変化が生じている場所の領域を特定する。

即ち、図３に示すように、海底の亀裂１５から貯留二酸化炭素が漏洩している漏洩箇所５４ａ、５４ｂが存在する場合、次のように、漏洩箇所５４ａ、５４ｂの位置を推定することができる。

貯留二酸化炭素が液体として海中に漏洩する場合、漏洩二酸化炭素による海水のｐHの変化や海水中の二酸化炭素の分圧の変化、温度変化、塩分変化、液体の物性変化などにより海水密度に変化が生じる。このため、海水の密度が変化し海中音響装置１０ａ、１０ｃの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、更に、海中音響装置１０ｂ、１０ｅの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより漏洩箇所５４ａの位置を推定することができる。また、海中音響装置１０ｂ、１０ｄの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、更に、海中音響装置１０ｃ、１０ｅの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより漏洩箇所５４ｂの位置を推定することができる。

一方、貯留二酸化炭素が気体として海中に漏洩する場合、漏洩二酸化炭素の気泡による強い反射波（音響散乱波）により、海中音響装置１０ａ、１０ｃの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、更に、海中音響装置１０ｂ、１０ｅの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより漏洩箇所５４ａの位置を推定することができる。また、海中音響装置１０ｂ、１０ｄの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、更に、海中音響装置１０ｃ、１０ｅの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより漏洩箇所５４ｂの位置を推定することができる。

上述したような海中音響装置１０での送受信の情報は、中継制御手段１４を介して情報処理装置２０に送られ、海中音響装置１０の音の伝播情報が解析されて貯留二酸化炭素が漏洩している漏洩箇所５４ａ、５４ｂが推定される。以後、この貯留二酸化炭素が漏洩していると推定された漏洩箇所５４ａ、５４ｂ近傍を第１の領域６１と称する。

無索潜水機３０は、無索で自立運航する潜水機（AUV:Autonomous Underwater Vehicle）である。また、無索潜水機３０には、特に図示しないが、漏洩二酸化炭素を測定するための種々の測定手段が設けられている。無索潜水機３０は、第１の領域６１内を航行し、第１の領域６１内で測定手段により漏洩二酸化炭素を測定し、その測定結果を記憶媒体等に記録する。測定手段の一例としては、ｐＨセンサーや、ｐＣＯ_２（二酸化炭素の分圧）センサーなどが挙げられる。

ｐＨセンサーは、海水中の水素イオン指数を測定するものであり、第１の領域６１での海水中の水素イオン指数に基づいて漏洩二酸化炭素が検出される。具体的には、貯留二酸化炭素が漏洩している海域では海水のｐＨが酸性を示すことになる。ゆえに、記憶媒体に記録された測定結果を分析することで、第１の領域６１内においてｐＨの高い箇所、低い箇所を特定することができ、海水のｐＨの低い箇所においては貯留二酸化炭素が漏洩している蓋然性が高いといえる。

また、ｐＣＯ_２センサーは、海水中の二酸化炭素の分圧を測定するものであり、第１の領域６１での海水中の漏洩二酸化炭素の分圧に基づいて漏洩二酸化炭素が検出される。具体的には、貯留二酸化炭素が漏洩している海域では海水の漏洩二酸化炭素の分圧が高くなる。ゆえに、記憶媒体に記録された測定結果を分析することで、第１の領域６１内において漏洩二酸化炭素の分圧が高い箇所、低い箇所を特定することができ、分圧の高い箇所においては貯留二酸化炭素が漏洩している蓋然性が高いといえる。

以後、測定手段の測定結果に基づいて、第１の領域６１のうち、貯留二酸化炭素が検出された領域を第２の領域６２という。

有索潜水機４０は、母船４１にケーブル４２で接続されており、母船４１からの制御の下、有索で航行する潜水機（ROV:Remotely Operated Vehicle）である。また、有索潜水機４０は、無索潜水機３０と同じく、漏洩二酸化炭素を検出するための種々の測定手段が設けられている。有索潜水機４０は、母船４１の制御の下、第２の領域６２内で測定手段による測定を行い、その結果を、ケーブル４２を介して母船４１に送るようになっている。そして、前述した無索潜水機３０の測定手段による測定結果の分析と同様に、母船４１では、有索潜水機４０の測定手段が測定したデータを分析し、第２の領域６２のうち、漏洩二酸化炭素の検出された領域を貯留二酸化炭素の漏洩箇所として特定する。

以上に説明したように、音響トモグラフィー技術により貯留二酸化炭素が漏洩していると推定される第１の領域６１が特定され、この第１の領域６１のうち、無索潜水機３０（AUV）により貯留二酸化炭素が漏洩している第２の領域が限定され、さらに、有索潜水機４０（ROV）により貯留二酸化炭素の漏洩箇所５４ａ、５４ｂが特定される。

ここで、無索潜水機３０ないしは有索潜水機４０に広い海域を調査させるのは妥当ではない。無索潜水機３０及び有索潜水機４０が広い海域を調査するのに要する時間やコストが増大してしまうからである。一方、海中音響装置１０は、１００ｋｍ四方以上をも調査範囲とすることが可能であり、広範囲に亘る海域から貯留二酸化炭素が漏洩している第１の領域６１を推定することができる。

したがって、まず海中音響装置１０を用いて、第１の領域６１を特定した後、第１の領域６１を無索潜水機３０が測定するということは、無索潜水機３０が航行して海水を測定しなければならない領域を絞り込めるということであり、無索潜水機３０による調査の効率を向上することができる。

また、有索潜水機４０は、ケーブル４２を介して母船４１に制御され、また、母船４１に測定データを送信する都合上、航行範囲が限られる。しかしながら、有索潜水機４０による調査に先立ち、無索潜水機３０が第２の領域６２を特定しているため、有索潜水機４０は、第２の領域６２に限定して調査を行うことができ、これにより更に効率的に貯留二酸化炭素の漏洩箇所を検出し、またこの漏洩箇所における漏洩二酸化炭素のモニタリングを行うことができる。

さらに、上述したように、本発明の海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリングシステム１では、貯留二酸化炭素の漏洩箇所を広範囲に亘る海域について検出できるため、調査を万遍なく実行することができる。このため、海底下地層貯留した貯留二酸化炭素が海洋環境に及ぼす影響の評価をより精度よく行うことができる。

［漏洩二酸化炭素の測定］
貯留二酸化炭素の漏洩箇所５４ａ、５４ｂを特定した後は、その漏洩箇所５４ａ、５４ｂで貯留二酸化炭素の漏洩状況を測定する。測定方法としては大別して定期的測定と継続的測定とがあり、双方を実施しても良いし、何れか一方を実施しても良い。

定期的測定は、主に、漏洩箇所５４ａ、５４ｂ近傍で貯留二酸化炭素の漏洩状況を重点的に調査する目的に適している。例えば、漏洩箇所５４ａ、５４ｂに母船４１を航行させ、母船４１から前述した有索潜水機４０（ＲＯＶ）を海中に航行させることで、貯留二酸化炭素の漏洩状況を測定させたり、漏洩箇所５４ａ、５４ｂ近傍において海水や海底の泥を採取することが挙げられる。

継続的測定は、主に、漏洩箇所５４ａ、５４ｂ近傍で貯留二酸化炭素の漏洩状況の長期に亘る変化を調査する目的に適している。例えば、漏洩箇所５４ａ、５４ｂ近傍に漏洩状況の測定をするための装置を配置し、貯留二酸化炭素の漏洩状況に関する測定データを蓄積させることが挙げられる。以下に、定期的測定と継続的測定の具体例を示す。

［定期的測定］
図５には、定期的測定を行うことができる漏洩二酸化炭素の監視装置の全体構成が示されている。図に示すように、洋上を航行する母船７１はＧＰＳ７２により地球上の現在位置が把握され、各種情報が指令・表示用のＣＰＵ７３に表示される。母船７１には所定の深度（例えば、海面の波の影響を受けなくなる深度である２ｍ）の海中に曳航索９１により曳航される曳航体７５が備えられ、曳航体７５はパラアンカー７６によって所定の深度で水平な姿勢が保たれるようになっている。また、曳航体７５は、例えば、母船７１から水平距離で約２００ｍ離れた位置に水平姿勢を維持した状態で曳航され、曳航体７５の腹部にはデータ受信及びデータ送信を行なう送受信手段としての送受波器７９が取り付けられている。

曳航体７５の前方側（例えば、水平距離で５ｍ程度前方）の曳航索９１には分岐索９２が接続され、洋上を曳航される洋上曳航体７４が分岐索９２に繋がれている。つまり、曳航索９１及び分岐索９２により曳航体７５及び洋上曳航体７４が母船７１に曳航された状態になっている。洋上曳航体７４は母船７１と同様に地球上の現在位置がＧＰＳ７２により把握され、母船７１と洋上曳航体７４とは無線手段７７を介して無線通信が可能となっている。洋上曳航体７４は海面での浮力が維持され、海面下にキールの役割を果たすポール７８が設けられている。

そして、曳航体７５の送受波器７９と洋上曳航体７４の無線手段７７は通信ケーブル９４によって接続されて有線通信が行なわれる。送受波器７９で受けた各種データの信号は通信ケーブル９４を介して洋上曳航体７４に送られ、無線手段７７を介して母船７１のＣＰＵ７３に送られるようになっている。

一方、母船７１の後部からは海中にワイヤー８１が下ろされ、ワイヤー８１の先端にはワイヤー８１が長さ方向に亘り所定の範囲の深度（例えば、最大３０００ｍ）を保つと共に所定の範囲での姿勢を保って曳航されるようにするための錘８０が取り付けられている。母船７１により曳航索９１及び分岐索９２を介して曳航体７５及び洋上曳航体７４が曳航されると共に、ワイヤー８１が所定の深度の範囲の海中を曳航される。

ワイヤー８１には５台のデータキャリア８２が取り付けられ、５台のデータキャリア８２は、例えば、海中の中層（例えば、１０００ｍ〜３０００ｍ）に維持されるようになっている。詳細は後述するが、データキャリア８２にはデータの信号を音響通信により送信する送信手段や現場計測器、採取手段、データ蓄積手段等が備えられている。

尚、データキャリア８２は５台に限らず２台乃至４台、または、６台以上の複数台を設
けることが可能である。

図６は、データキャリアの概略図である。図示するように、ワイヤー８１には枠状の架台８５が取り付けられ、架台８５にはロープ８６を介して送信手段８７が支持されている。送信手段８７には図示しない深度計が設けられ、送信手段８７は、図５に示すように、曳航体７５及び洋上曳航体７４を介しての母船７１へのデータの送信、曳航体７５及び洋上曳航体７４を介しての母船７１からの指令の受信を行う。

架台８５の上部にはバルブの遠隔操作による開閉により海水を採取する採水器９６、計測されたデータを記憶する蓄積手段９７、各種機器の電源となるバッテリ９８や、二酸化炭素の分圧を検出するｐＣＯ_２センサー（二酸化炭素分圧センサー）などの測定手段を格納するセンサー部９３が備えられている。

図７に示すように、海中音響装置１０（図２参照）、無索潜水機３０（図２参照）及び有索潜水機４０（図２参照）により特定された貯留二酸化炭素の漏洩箇所５４ａにデータキャリア８２を移動させるように母船７１を航行させ、所定の深度における漏洩二酸化炭素５５の拡散状況を検出する。すなわち、錘（図５参照）により所定の深度にそれぞれデータキャリア８２が所定の深度及び姿勢に維持された状態で、漏洩箇所５４ａの洋上を所定の距離で繰り返し往復するように母船７１を航行させ、所定の深度における漏洩二酸化炭素５５の拡散状況を検出する。

母船７１に曳航されるデータキャリア８２との音響通信により、二酸化炭素の拡散の分布・挙動を追跡し、所定の海洋中層における漏洩二酸化炭素５５の希釈・拡散の分布・挙動を導出する。この時、母船７１で曳航体７５及び洋上曳航体７４を曳航すると共に、錘８０によりデータキャリア８２が所定の海洋中層に維持された状態のワイヤー８１を曳航する。母船７１、洋上曳航体７４、データキャリア８２の位置関係はＧＰＳ７２によって常時把握されている。

母船７１の航行進路を適宜制御し、データキャリア８２の現場計測器（センサー部９３、ｐＣＯ_２センサー）の情報と連動させて各種機器を動作させて漏洩二酸化炭素５５の拡散の分布・挙動を検出する。また、バルブの遠隔操作で海水を採取する採水器９６を開閉させて海水を採取したり、現場計測器で計測されたデータを記憶する蓄積手段９７で記憶する。採水器９６により所望の海水の採水を行うことで、生物等の生態系等の調査が実施でき、漏洩二酸化炭素５５の希釈・拡散の指標として用いることも可能である。

漏洩二酸化炭素５５の情報は送信手段８７から曳航体７５の送受波器７９に送られ、送受波器７９から通信ケーブル９４を介して洋上曳航体７４に送られる。漏洩二酸化炭素５５の情報は洋上曳航体７４の無線手段７７により母船７１のＣＰＵ７３に送られ、ＣＰＵ７３では漏洩二酸化炭素５５の拡散の分布・挙動が把握され、漏洩二酸化炭素５５の希釈・拡散の分布・挙動が導出される。

所定の深度の海中層に曳航されるデータキャリア８２の送信手段８７からの漏洩二酸化炭素５５の拡散のデータが曳航体７５の送受波器７９に送られ、曳航体７５の送受波器７９から通信ケーブル９４を介して洋上曳航体７４に漏洩二酸化炭素５５の拡散のデータが送信される。そして、洋上曳航体７４から無線手段７７により漏洩二酸化炭素５５の拡散のデータが母船７１に送られて漏洩二酸化炭素５５の希釈・拡散の分布・挙動の状況が導出される。

データキャリア８２の送信手段８７と曳航体７５の送受波器７９との通信は音響通信で行なわれ、曳航体７５は海中に曳航されているので、母船７１のノイズの影響を受けずに、しかも、海面近傍の波の影響が排除されて、安定した状態で漏洩二酸化炭素５５の拡散のデータの送受信を行なうことができる。送受信手段は海中に曳航されているので、母船７１のノイズの影響を抑えられ、しかも、海面近傍の波の影響が排除され、安定した状態で送信手段８７と送受波器７９との間で漏洩二酸化炭素５５の拡散のデータの送受信を行なうことができる。

［継続的測定］
図８には、貯留二酸化炭素の漏洩状況を継続的に測定することができる海底設置型自動昇降装置の全体構成が示されている。図示するように、海底設置型自動昇降装置１００は、ｐＨセンサーとｐＣＯ_２センサーと深度計等の各種の測定機器１０１と、測定機器１０１の測定データを記録する記録装置１０２とが搭載された昇降ブイ１０３を有している。昇降ブイ１０３は、ワイヤー１０６を介して、フレーム１０４に取り付けられたウインチ式ドラム１０５に接続されている。また、フレーム１０４には制御装置１０７及びバッテリ１０８が取り付けられており、ウインチ式ドラム１０５は、バッテリ１０８により駆動し、制御装置１０７による信号に基づいてワイヤーを巻き取り、又は繰り出すことが可能となっている。

図９（ａ）に示すように、上述した海底設置型自動昇降装置１００を、漏洩二酸化炭素５５の漏洩箇所５４ａ近傍の海底に固定する。そして、予め設定された時間に、制御装置１０７がワイヤー１０６を繰り出させる信号をウインチ式ドラム１０５に送信する。ウインチ式ドラム１０５がその信号に基づいてワイヤー１０６を繰り出すことで、昇降ブイ１０３がフレーム１０４から離れて海中に位置するようになる。なお、海底設置型自動昇降装置１００は、そのフレーム１０４を海底に固定する場合に限らず、海底に設置した固定部１１０にワイヤー１０９を取り付け、このワイヤー１０９にフレーム１０４を係留させることで、フレーム１０４を海中に浮遊した状態にしてもよい。これにより、海面側で昇降ブイ１０３による測定を行うことができる。

ワイヤー１０６が所定の距離だけ繰り出された後は、制御装置１０７がワイヤー１０６を巻き取る信号をウインチ式ドラム１０５に送信する。ウインチ式ドラム１０５がその信号に基づいてワイヤー１０６を巻き取ることで昇降ブイ１０３がフレーム１０４に再び固定される。なお、このようなワイヤー１０６を繰り出す時刻やワイヤー１０６を繰り出す長さなど、ワイヤー１０６の繰り出し・巻き取りを実行する条件は、洋上で制御装置１０７に予め設定しておく。

このような海底設置型自動昇降装置１００は、一つの昇降ブイ１０３で深度方向に海水の状況を計測させることができるので、コスト面や装置構成が複雑化しないという利点がある。仮に、昇降ブイ１０３に相当する複数の計測機器を所定の深度で海中にそれぞれ設置すると、コストが増大し、各計測機器全体の構成が複雑化してしまうからである。

このように、ウインチ式ドラム１０５によるワイヤー１０６の繰り出し・巻き取りにより、昇降ブイ１０３は、漏洩箇所５４ａ近傍で深度方向において広範に亘り移動するため、深度毎の海水の状況が各種センサーにより計測され、その計測値が定期的に記録装置１０２に記録される。すなわち、この記録装置１０２には、漏洩二酸化炭素の状況が時系列的に記録され、また、空間的には、深度方向に広範に亘る漏洩二酸化炭素の状況が記録される。したがって、所定期間経過後に記録装置１０２を回収して測定データを分析することで、漏洩二酸化炭素の拡散状況、すなわち、漏洩箇所５４ａから漏洩した漏洩二酸化炭素５５が、長期に亘って、どの方向に、どの深度に拡散し、どの程度希釈されているかを把握することができる。

なお、昇降ブイ１０３の記録装置１０２に記録された測定データは、所定期間経過後に回収する場合に限らない。図９（ｂ）に示すように、記録装置１０２に記録された測定データを、音波を介して受信する中継器（図示せず）をフレーム１０４に設け、海底に設置された中継制御装置１４Ａが、各海底設置型自動昇降装置１００の各中継器から測定データを収集し、陸上の監視局５０の情報処理装置等に送信するようにして、リアルタイムに測定ができるようにしても良い。

〈他の実施形態〉
海中音響装置１０が使用する音の周波数としては、異なる複数の周波数の音を用いてもよい。海中音響装置１０は、音を発し、音を受信することで海水の密度変化が生じている場所の領域を特定するが、一般的に音の周波数が高いほど感度よく海水の密度変化を検出することができる。したがって、異なる複数の周波数の音を用いて、それぞれの周波数の音ごとに、貯留二酸化炭素が漏洩している箇所を推定し、これらの音ごとに推定した貯留二酸化炭素の漏洩箇所が一致すれば、貯留二酸化炭素が漏洩している蓋然性は、より高いものと推定できる。

また、海中音響装置１０による音の送受信そのものによって、貯留二酸化炭素の漏洩を直接的に観測することは難しい。しかしながら、海中音響装置１０が異なる複数の周波数の音を用いることで、貯留二酸化炭素が漏洩している蓋然性が高い箇所を直接的に推定することも可能である。

詳言すると、前述したように、音の周波数が高いほど感度よく海水の密度変化を検出できる。したがって、高い周波数の音による海水密度の変化を観測する際には、海水密度の変化が高感度で観測される。

一方、低い周波数の音で海水密度の変化を観測すると、海水密度の変化を検出し難いはずである。それにもかかわらず、海水密度の変化が検出されれば、漏洩する貯留二酸化炭素の影響でその変化が検出されたと考えられる。このことから、低周波数の音で海水密度の変化が検出できれば、貯留二酸化炭素が漏洩していると推測することができる。

また、無索潜水機３０や有索潜水機４０を用いた漏洩二酸化炭素の測定手段や、漏洩箇所５４ａ、５４ｂにおいて定期的又は／及び継続的に漏洩二酸化炭素を測定する場合の測定手段としては、ｐＨセンサーやｐＣＯ_２センサーを例示したがこれに限らない。例えば、測定手段としては、撮像装置や取水装置、採泥装置を用いることができる。撮像装置より得た画像を通して漏洩する貯留二酸化炭素を目視により検出したり、取水装置で直接取水したものを分析手段で分析して貯留二酸化炭素の漏洩の有無を検出したり、漏洩二酸化炭素の拡散状況を把握することができる。また、同様に、採泥装置で直接採泥したものを分析手段で分析して貯留二酸化炭素の漏洩の有無を検出したり、漏洩二酸化炭素の拡散状況を把握することも可能である。

また、海中音響装置１０は、リアルタイムに情報処理装置２０にデータを送らなくてもよく、各海中音響装置１０にデータの記憶手段を備え、所定期間におけるデータを別途解析して第１の領域６１を特定してもよい。また、日、週、月、年の単位で貯留二酸化炭素の漏洩を検出して不連続な経時変化を検出することも可能である。

なお、中継制御手段１４は、監視局５０の情報処理装置２０につながれて情報の授受を行うが、中継制御手段１４や海中音響装置１０に大容量の電源を搭載し、ケーブルなどによる接続を行なわずに無線通信により海中音響装置１０と情報の授受を行うことも可能である。この場合、各海中音響装置１０が音を送信する時刻を合わせるために、各海中音響装置１０に原子時計などの同期手段を設けておく。

本発明は、海底下地層貯留における貯留二酸化炭素が海底から漏洩している箇所を効率よく検出するための産業分野で利用することができる。

１モニタリングシステム
１０海中音響装置
１１容器
１２送受信機
１３枠体
１４中継制御手段
１５亀裂
２０情報処理装置
３０無索潜水機
４０有索潜水機
４１、７１母船
４２ケーブル
５０監視局
５１発電設備
５２パイプライン
５３帯水層
５４ａ、５４ｂ漏洩箇所
５５漏洩二酸化炭素
６１第１の領域
６２第２の領域
７４洋上曳航体
７５曳航体
７９送受波器
８２データキャリア
８７送信手段
１００海底設置型自動昇降装置
１０１測定機器
１０２記録装置
１０３昇降ブイ

Claims

海底の複数の箇所間での音の送受信の情報に基づいて海水密度の変化が生じている第１の領域を特定し、当該第１の領域で海底下地層に貯留された貯留二酸化炭素が海中に漏洩していると推定し、
二酸化炭素の測定手段を備えて無索で自律運航する無索水中移動手段を前記第１の領域に移動させ、前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第１の領域のうち、貯留二酸化炭素が海中に漏洩したものである漏洩二酸化炭素が検出された領域を第２の領域として限定し、
前記測定手段を備えて有索で運航する有索水中移動手段を前記第２の領域に移動させ、前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第２の領域のうち漏洩二酸化炭素が検出された領域を貯留二酸化炭素の漏洩箇所として特定する
ことを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法。
請求項１に記載する海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法において、
前記貯留二酸化炭素の漏洩箇所を特定した後、当該漏洩箇所において定期的又は継続的に前記測定手段により漏洩二酸化炭素の測定を行う
ことを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法。
請求項１又は請求項２に記載する海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法において、
前記第１の領域を特定する際には、異なる周波数の音ごとに海水密度の変化が生じている領域を特定し、これらの領域の重複する部分を第１の領域とする
ことを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法において、
前記第１の領域を特定する際には、第１の周波数の音と、この第１の周波数と異なる第２の周波数の音を用い、前記第１の周波数の音の送受信に基づいて海水密度の変化が生じている第１の領域を特定したとき、前記第２の周波数の音の送受信の情報に基づいても海水密度の変化が生じている場合、当該第１の領域で海底下地層に貯留された貯留二酸化炭素が海中に漏洩していると推定する
ことを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリング方法。
相互に音を送受信可能に海底に設置された複数の音響送受信手段と、
前記音響送受信手段による音の送受信の情報に基づいて海水密度の変化が生じている第１の領域を特定することで当該第１の領域で海底下地層に貯留された貯留二酸化炭素が海中に漏洩していると推定する漏洩領域推定手段と、
二酸化炭素を測定する測定手段を有し、無索で自律運航する無索水中移動手段と、
前記測定手段を有し、有索で運航する有索水中移動手段とを備え、
前記無索水中移動手段は、前記第１の領域のうち、前記測定手段の測定結果に基づいて貯留二酸化炭素が海中に漏洩したものである漏洩二酸化炭素を検出した領域を第２の領域として限定し、
前記有索水中移動手段は、前記第２の領域のうち、前記測定手段の測定結果に基づいて漏洩二酸化炭素が検出された領域を漏洩二酸化炭素の漏洩箇所として特定する
ことを特徴とする海底下地層貯留における漏洩二酸化炭素のモニタリングシステム。