JP6983623B2 - 高圧流体貯蔵設備、及び電力貯蔵システム - Google Patents

Description

本発明は、高圧流体貯蔵設備、高圧流体貯蔵方法、電力貯蔵システム及び水力発電設備に関する。

電力の需要供給のバランスを取るための蓄電システムの一つとして提案されているＣＡＥＳ（Compressed Air Energy Storage）システムでは、例えば、２０〜６０気圧程度の高圧の空気を大量に貯蔵する必要がある。

高圧気体や高圧液体等の高圧流体を貯蔵するための設備（以下、「高圧流体貯蔵設備」という）として、従来から一般的に鋼製の耐圧容器が高圧流体貯留槽として使用されているが、これらを地上に設置すると広大な設置スペースを要することとなる。特に都市部等においては、これらの高圧流体貯蔵設備が設置される領域の地表面を有効に利用するとともに景観の向上を図るべく、これらを地下空間に設ける地下式の高圧流体の貯蔵技術が提案されている。

地下式の高圧流体の貯蔵技術としては、従来から水封式岩盤貯蔵方式、気密ライニング方式、及びＡＮＧＡＳ（Advanced Natural Gas Storage）方式が知られている。

ここで、水封式岩盤貯蔵方式は、高圧流体の貯留槽となる地下空間のライニングが不要であり、シンプルな構造である。しかしながら、水封機能が保持可能な地下水理条件が必要であり設置場所が限られる。また、貯留槽の内圧に応じた設置深度の確保が必要であるため、高圧流体を貯蔵するには、大深度地下への設置が必要である。

また、気密ライニング方式は、地下に掘削された円形トンネル内に円形に覆工版を設け、内側に気密シートを敷設し、覆工版と岩盤の間隙を裏込めコンクリートで充填した構造を有する。これにより、変形係数１ＧＰａ程度以上の岩盤に適用可能となるため、比較的多様な地質条件に対応可能である。しかしながら、貯槽が複雑な多層構造となるため、設置コストが上昇する。

また、ＡＮＧＡＳ方式は、スチール製メンブレンを気密材として岩盤中に設置し、気密材と岩盤との間隙に緩衝材を設け、裏込め材としてコンクリートを充填した構造を有する。これにより、気密ライニング方式と比してシンプルな構造であるため、設置コストを低減できる。しかしながら、軟岩や不均質な岩盤ではスチール製メンブレンが塑性変形してしまうため、良好な岩盤条件に設置場所が限定される。

このように、従来の地下式の高圧流体の貯蔵技術には上述した課題があるため、比較的浅い深度でも設置可能であり、岩盤性状等の立地条件に限定されず、簡便な構造の貯槽を使用可能な、地下式の高圧流体の貯蔵技術が求められている。

そこで、特許文献１，２には、地下式の高圧流体の貯蔵技術として、重泥水ライニング方式が開示されている。重泥水ライニング方式は、鉄筋コンクリート製の耐圧容器を岩盤中に埋設し、耐圧容器と岩盤との間の間隙に重泥水を充填する構造を有する。これにより、重泥水の重泥水圧によって耐圧容器を支持し、重泥水を岩盤で支持するため、比較的浅い深度で設置可能となり、岩盤性状等の立地条件に限定されず、簡便な構造の貯槽を用いることができる。

特開平０７−１８９２７３号公報 特開平１１−０２１９２６号公報 特開２０００−０２７５８３号公報 特開２００２−２７４５９６号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に記載の地下式の高圧流体の貯蔵技術を上述したＣＡＥＳシステム等に適用した場合、コンクリート製の耐圧容器には内部に貯蔵される高圧流体の内圧の変動によって、外方に向かう荷重が負荷されるので、特に外周の地山が緩んでいる場合には、かかる外方に向かう荷重に抵抗するための土圧、あるいは水圧が十分でないため、岩盤の内壁面に空隙や割れ目が発生してしまう。そのため、耐圧容器の内部に大きな引張応力が発生し、これによってコンクリートに亀裂（クラック）等が生じることで、高圧流体を安定して貯蔵することができなくなるおそれがある。

特許文献３，４には、岩盤の内壁面に発生した空隙や割れ目、及びコンクリートに生じた亀裂を補修する技術が開示されているが、貯槽に貯蔵される高圧流体の内圧の変動によって、耐圧容器に生じる引張応力から耐圧容器を保護するものではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高圧流体貯槽の内圧の変動によって生じる応力から、当該高圧流体貯槽を保護することが可能な高圧流体貯蔵設備、高圧流体貯蔵方法、及びそれらを用いた電力貯蔵システム、並びに水力発電設備を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 地下岩盤内に埋設され、高圧流体を貯蔵する高圧流体貯槽と、
前記岩盤と前記高圧流体貯槽との間の間隙に充填された裏込め材と、
前記高圧流体貯槽内の圧力の変動に応じて、前記裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構と、を備える、高圧流体貯蔵設備。
［２］ 前記差圧制御機構が、
前記高圧流体貯槽内と連通する内圧検知管と、
前記高圧流体を貯蔵するとともに、前記内圧検知管を介して前記高圧流体貯槽内の圧力と同じ内圧とされる蓄圧槽と、
前記裏込め材が充填された前記間隙と連通する裏込め材供給管と、
前記裏込め材を貯蔵するとともに、前記裏込め材供給管を介して前記間隙と連通する裏込め材貯槽と、
前記蓄圧槽と前記裏込め材貯槽との間に設けられ、当該蓄圧槽の内圧を当該裏込め材貯槽に伝達する圧力連通管と、を有する、［１］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［３］ 前記蓄圧槽と、前記圧力連通管と、前記裏込め材貯槽とが一体化したシリンダー構造の圧力調整装置を有し、
前記圧力調整装置の内部に、前記高圧流体と前記裏込め材との界面を有する、［２］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［４］ 前記界面に、前記高圧流体と前記裏込め材とを分離するとともに、前記高圧流体貯槽内の圧力を前記裏込め材に伝達する弾性膜を有する、［３］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［５］ 前記差圧制御機構が、
前記高圧流体貯槽内と前記間隙とを連通するように当該高圧流体貯槽の壁面の下方に設けられた１以上の連通管と、
前記高圧流体貯槽内に予め貯留された所要量の前記裏込め材と、を有する、［１］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［６］ 前記差圧制御機構が、
前記高圧流体貯槽内と前記間隙とを連通するように当該高圧流体貯槽の壁面の周囲に設けられた１以上の連通管と、
前記連通管内の前記高圧流体と前記裏込め材との界面に設けられ、前記高圧流体と前記裏込め材とを分離するとともに、前記高圧流体貯槽内の圧力を前記裏込め材に伝達する弾性膜と、を有する、［１］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［７］ 前記間隙に充填された前記裏込め材を当該間隙の外側に循環させる循環経路を備える、［１］乃至［６］のいずれか一項に記載の高圧流体貯蔵設備。
［８］ 前記循環経路に、前記裏込め材の成分を分析する分析装置と、前記裏込め材の成分を調整する調整装置とが設けられている、［７］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［９］ 前記高圧流体貯槽が、鉄筋コンクリート製の筒状容器である、［１］〜［８］のいずれか一項に記載の高圧流体貯蔵設備。
［１０］ 前記筒状容器の軸方向が、当該筒状容器の長手方向であり、
前記軸方向が水平方向となるように、前記筒状容器が埋設される、［９］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［１１］ 前記高圧流体貯槽が、複数の筒状容器から構成される、［９］又は［１０］に記載の高圧流体貯蔵設備。
［１２］ 地下岩盤内に埋設した高圧流体貯槽に、高圧流体を貯蔵する方法であって、
前記岩盤と前記高圧流体貯槽との間の間隙に裏込め材を充填するとともに、
前記裏込め材にかかる圧力を、前記高圧流体貯槽内の圧力以上となるように制御する、高圧流体貯蔵方法。
［１３］ ［１］乃至［１１］のいずれか一項に記載の高圧流体貯蔵設備を１つ以上備える、電力貯蔵システム。
［１４］ 圧縮空気エネルギー貯蔵システムである、［１３］に記載の電力貯蔵システム。
［１５］ 地下岩盤内に埋設された、圧力水路と、
前記岩盤と前記圧力水路との間の間隙の、少なくとも一部に充填された裏込め材と、
前記圧力水路内の圧力の変動に応じて、前記裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構と、を備える、水力発電設備。

本発明の高圧流体貯蔵設備及び高圧流体貯蔵方法によれば、地下岩盤内に埋設された高圧流体貯槽と、岩盤と高圧流体貯槽との間の間隙に充填された裏込め材と、高圧流体貯槽内の圧力の変動に応じて裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構とを備える構成であり、差圧制御機構によって裏込め材にかかる圧力を高圧流体貯槽内の圧力以上となるように制御することで、高圧流体貯槽の内圧の変動によって生じる応力から、当該高圧流体貯槽を保護することができる。

本発明の電力貯蔵システムによれば、高圧流体の貯蔵設備として上述した高圧流体貯蔵設備を備える構成であるため、高圧流体を安定して貯蔵することで、長期間安定して運転することができる。

本発明の水力発電設備によれば、地下岩盤内に埋設された圧力水路と、岩盤と圧力水路との間の間隙の少なくとも一部に充填された裏込め材と、圧力水路内の圧力の変動に応じて裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構とを備える構成であり、差圧制御機構によって裏込め材にかかる圧力を圧力水路内の圧力以上となるように制御することで、圧力水路の内圧の変動によって生じる応力から、当該圧力水路を保護することができる。

図１は、本発明を適用した一実施形態である貯蔵設備の構成を示す断面図である。 図２は、図１中に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３は、図１中に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図４は、図１中に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 図５は、第１の形態例の貯蔵設備における貯槽の周辺を拡大した断面図であって、（ａ）は貯槽の内圧上昇前の状態を示す図であり、（ｂ）は貯槽の内圧上昇後の状態を模式的に示す図である。 図６は、第１の形態例の変形例１における貯蔵設備を示しており、（ａ）は貯槽の周辺を拡大した断面図であり、（ｂ）は貯槽の周辺の斜視図である。 図７は、第１の形態例の変形例２における貯蔵設備を示しており、（ａ）は貯槽の周辺を拡大した断面図であり、（ｂ）は差圧制御機構を拡大した断面図である。 図８は、第２の形態例の貯蔵設備における貯槽の周辺を拡大した断面図であって、（ａ）は貯槽の内圧上昇前の状態を示す図であり、（ｂ）は貯槽の内圧上昇後の状態を模式的に示す図である。 図９は、第２の形態例の変形例１における貯蔵設備を示しており、（ａ）は貯槽の周辺を拡大した断面図であり、（ｂ）は差圧制御機構を拡大した断面図である。 図１０は、第２の形態例の変形例２における貯蔵設備を示しており、貯槽の周辺を拡大した断面図である。 図１１は、本発明を適用した他の実施形態である貯蔵設備の構成を示す断面図である。 図１２は、図１１中に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図１３は、図１１中に示すＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 図１４は、本発明を適用した一実施形態であるＣＡＥＳシステムの構成を模式的に示す図である。 図１５は、本発明を適用した一実施形態である水力発電設備の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である高圧流体貯蔵設備の構成について、これを用いた高圧流体貯蔵方法及び電力貯蔵システムと併せて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜高圧流体貯蔵設備＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である高圧流体貯蔵設備（以下、単に「貯蔵設備」ということもある）について説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態である貯蔵設備１の構成を示す断面図である。また、図２は、図１中に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図３は、図１中に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。また、図４は、図１中に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態の貯蔵設備１は、立坑２と、貯槽プラグ３と、高圧流体貯槽（以下、単に「貯槽」ということもある）４とを備える。貯蔵設備１は、圧縮装置等によって高い圧力がかけられた気体又は液体を、貯槽４の内側の空間内に高圧のまま貯蔵する設備である。

立坑２は、図１〜図３に示すように、地表面Ｓから鉛直方向に延在する坑道である。具体的には、立坑２は、コンクリート製の筒状（円筒状）の構造物であり、土砂部Ｔを貫通して岩盤部Ｕに到達するように設けられている。この立坑２の底部が、貯槽プラグ３を介して貯槽４と接続されている。すなわち、立坑２は、貯槽４のアクセストンネルである。

立坑２の深さＤ（すなわち、貯槽４の設置深度）は、岩盤部Ｕに到達する深さであれば特に限定されるものではなく、貯槽４の耐圧設計に応じて適宜選択することができる。ここで、本実施形態の貯蔵設備１によれば、蓄圧時の貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材にかかる圧力も上昇させて、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとる構造であるため、従来の水封式岩盤貯蔵方式と比べて立坑２の深さＤを浅く設計することができる。

具体的には、立坑２の深さＤは、例えば５０〜１００ｍとすることができる。また、立坑２の内径は、特に限定されるものではないが、立坑２、貯槽プラグ３及び貯槽４の施工の観点から、例えば５〜１０ｍとすることが好ましい。

また、立坑２の壁面（周壁）のコンクリートの厚さは、特に限定されるものではなく、適宜選択することができる。具体的には、土砂部Ｔに相当する部分では、５０〜１００ｃｍとすることが好ましく、岩盤部Ｕに相当する部分では、吹付けコンクリート仕上げとすることが好ましい。

貯槽プラグ３は、図１〜図３に示すように、岩盤部Ｕに到達する立坑２の先端部（底部）の周囲を覆うように設けられたコンクリート製の構造物である。貯槽プラグ３は、立坑２と貯槽４との取り付け部を閉鎖（閉塞）するために設けられている。また、貯槽プラグ３の、貯槽４と隣接する側の壁面には、流体の出入り口となるマンホール３Ａが開閉自在に設けられている。

貯槽プラグ３のコンクリートの厚さは、特に限定されるものではないが、貯槽４の内圧が作用する構造であることから、貯槽４の断面積や周辺岩盤の性状を考慮して適宜設計することができる。具体的には、貯槽プラグ３のコンクリートの厚さとしては、貯槽４の内径の５０〜１００％程度の厚さとすることが好ましい。また、マンホール３Ａの内径としては、特に限定されるものではないが、貯槽４の内部の維持管理の観点から、例えば、０．６〜１．０ｍとすることが好ましい。

貯槽４は、図１〜図４に示すように、内側の空間内に高圧流体を貯蔵するために設けられた、鉄筋コンクリート製の筒状容器である。具体的には、貯槽４は、貯槽プラグ３を基端として水平方向に延在された筒状（円筒状）の空間であり、先端には終端コンクリート４Ａが設けられている。すなわち、貯槽４は、両端が貯槽プラグ３および終端コンクリート４Ａによって閉塞され、軸方向が長手方向とされた筒状容器であり、上記軸方向が水平方向となるように、深度Ｄの岩盤部Ｕに埋設されている。これにより、貯槽４全体がほぼ同一深度Ｄに設置されるため、岩盤中において貯槽４には設置深度Ｄに応じた均一な圧力がかかるようになっている。したがって、貯槽４の一部に圧力が偏在してかかることがなく、応力集中等による破損が生じにくいため、貯槽４を長期間安定して使用することができる。

貯槽４の内径Ｒ及び軸方向の長さＬは、特に限定されるものでなく、貯槽４の容量設計に応じて適宜選択することができる。具体的には、貯槽４の内径Ｒとしては、例えば、５〜１０ｍとすることができる。また、貯槽４の軸方向の長さＬとしては、例えば、５０〜１０００ｍとすることができる。

貯槽４の外径（すなわち、周壁の厚さ）は、特に限定されるものでなく、貯槽４の材質（気密性、強度）及び耐圧設計に応じて適宜選択することができる。貯槽４がコンクリート製の筒状容器である場合、気密性及び耐圧性の観点から、貯槽４の周壁の厚さは、例えば、５０〜１００ｃｍとすることが好ましい。

貯槽４の形状として、図３及び図４に示すように、断面視した際に円形となる円筒状の場合を一例として説明したが、貯槽４全体に均一に圧力がかかる形状であれば、これに限定されるものではない。貯槽４の形状としては、例えば、横穴トンネルの施工上の観点から、断面視した際、円の底部が平坦なかまぼこ形状（半円形状）としてもよい。

また、貯槽４の材質として、鉄筋コンクリート製である場合を一例として説明したが、気密性を有し、形状を保持可能な程度の強度を有する材質であれば、特に限定されるものではない。貯槽４の他の材質としては、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等の金属材料、塩化ビニル、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の樹脂材料、セラミックス等の無機材料を用いることができる。また、貯槽４の材質として、構造物としての強度を母材が受け持ち、気密性を内張り材が受け持つ複合材料を用いてもよい。例えば、金属製の鋼管を母材として樹脂ライニングを施したライニング管や、コンクリートを母材として金属ライニングや樹脂ライニングされた配管を用いることができる。

本実施形態の貯蔵設備１を設置可能な岩盤Ｕとしては、岩盤等級基準（電力中央研究所方式）におけるＣＭ級以上の岩盤であれば、特に限定されるものではない。貯蔵設備１は、硬岩の地質に設置してもよいし、軟岩の地質に設置してもよい。

本実施形態の貯蔵設備１の貯蔵対象である高圧流体は、高圧で貯蔵することが可能な気体及び液体（すなわち、「高圧気体」及び「高圧液体」）であれば、特に限定されない。
高圧気体としては、例えば、空気、天然ガス、石油ガス等が挙げられる。
高圧液体としては、例えば、水、ＬＰガス等の液化ガス等が挙げられる。

本実施形態の貯蔵設備１の貯蔵圧力としては、例えば、貯槽４の設置深度を５０〜１００ｍにした場合では、２〜３ＭＰａ程度とすることができる。

（第１の形態例）
先ず、第１の形態例の貯蔵設備の構成について説明する。
図５は、第１の形態例の貯蔵設備１における貯槽４の周辺を拡大した断面図であって、（ａ）は貯槽４の内圧上昇前の状態を示す図であり、（ｂ）は貯槽４の内圧上昇後の状態を模式的に示す図である。

図５（ａ）に示すように、第１の形態例の貯蔵設備１は、地下岩盤（岩盤部）Ｕ内に埋設された貯槽４と、地下岩盤Ｕと貯槽４との間の間隙５に充填された裏込め材６と、貯槽４内の圧力の変動に応じて裏込め材６にかかる圧力を制御する差圧制御機構７と、を備えて概略構成されている。本形態例の貯蔵設備１は、蓄圧時に貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材６にかかる圧力も上昇させることにより、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとるため、貯槽４に大きな応力（特に、引張応力）がかからない構造となっている。

間隙５は、貯槽４の周壁部の周囲を包むように、筒状容器の軸方向全体に設けられている（図１，２を参照）。間隙５の幅は、特に限定されないが、裏込め材の充填性の観点から、５０〜２００ｍｍの範囲とすることが好ましい。

裏込め材６は、間隙５に充填される高い粘性及び充填性を有する流体である。このため、裏込め材６は、圧力がかかった際に地下岩盤Ｕの内壁面を押し広げるが、内壁面の空隙や割れ目に入り込んでも地下岩盤Ｕ中に拡散することなく、地下岩盤Ｕと貯槽４とに圧力を伝達することができる。

裏込め材６の材質は、高い粘性及び充填性を有する流体であれば、特に限定されるものではない。高い粘性及び充填性を有する流体としては、例えば、泥水、粘性油（オイル）、高分子溶液等が挙げられる。本実施形態の貯蔵設備１では、長期間（数年間）にわたり性状が劣化しないという観点から、裏込め材６として泥水を用いることが好ましい。

具体的には、裏込め材６として、粘土分、水、逸泥防止材及び増粘剤を含む泥水を用いることができる。また、泥水を用いる場合、その他の成分として潤滑剤を含んでいてもよい。
粘土分としては、例えば、ベントナイト、カオリナイト等が挙げられる。
逸泥防止材としては、例えば、ロックウール、細粒砂等が挙げられる。
増粘剤としては、例えば、ポリマー剤等が挙げられる。
潤滑剤としては、例えば、ポリプロピレングリコール誘導体等が挙げられる。

泥水の成分比は、裏込め材６に要求される粘性および充填性（すなわち、設置する岩盤Ｕの性状）に応じて、適宜調整されるものであり、特に限定されない。具体的には、例えば、裏込め材６の１００質量部に対して、粘土分：１０〜２０質量部、逸泥防止材：５〜１５質量部、増粘剤：０．０３〜０．１質量部、潤滑剤：０．３〜１．０質量部とし、残部を水とすることができる。

裏込め材６の粘度は、特に限定されるものではなく、粘土分と逸泥防止材が分離しない程度の粘度であればよい。また、裏込め材６の充填性としては、特に限定されるものではなく、地下岩盤Ｕが有する亀裂に対して裏込め材６による目詰まりが生じる程度であればよい。

裏込め材６の密度は、特に限定されるものではなく、貯槽４の耐圧設計や設置深度に応じて適宜選択することができる。裏込め材６の密度としては、例えば、１２００〜１５００ｋｇ／ｍ^３とすることができる。

差圧制御機構７は、蓄圧時に貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材６にかかる圧力を上昇させて、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとるために設けられている。

本形態例の差圧制御機構７は、貯槽４内と連通する内圧検知管８と、内圧検知管８と接続される蓄圧槽９と、間隙５と連通する裏込め材供給管１０と、裏込め材６を貯蔵するとともに、裏込め材供給管１０と接続される裏込め材貯槽１１と、蓄圧槽９と裏込め材貯槽１１との間に設けられ、蓄圧槽９の内圧を裏込め材貯槽１１に伝達する圧力連通管１２と、裏込め材供給管１０に設けられたポンプ１３と、を有する。また、差圧制御機構７は、蓄圧槽９、圧力連通管１２、裏込め材貯槽１１、及びポンプ１３が地上設備として設けられている。

内圧検知管８は、貯槽４と蓄圧槽９との間に設けられた配管であり、一端が地下岩盤Ｕに埋設された貯槽４の内部空間に開放されており、他端が地上に設けられた蓄圧槽９の内部空間に開放されている。これにより、貯槽４、内圧検知管８及び蓄圧槽９の内部空間が連通されて、蓄圧時にいずれも同じ内圧となるように、高圧流体が充填される。

蓄圧槽９は、高圧流体を貯蔵可能な容器である。蓄圧槽９は、内圧検知管８と連通されており、蓄圧槽９の内圧は、内圧検知管８を介して貯槽４内の圧力と常に連動するように構成されている。

裏込め材供給管１０は、間隙５と裏込め材貯槽１１との間に設けられた配管であり、一端が地下岩盤Ｕと貯槽４との間の間隙５に開放されており、他端が地上に設けられた裏込め材貯槽１１の内部空間に開放されている。これにより、間隙５、裏込め材供給管１０及び裏込め材貯槽１１の内部空間が連通されており、いずれも同じ圧力となるように、裏込め材６が充填される。

裏込め材貯槽１１は、裏込め材６を貯蔵可能な容器である。裏込め材貯槽１１は、裏込め材供給管１０と連通されており、裏込め材貯槽１１内の圧力は、裏込め材供給管１０を介して間隙５内の裏込め材６の圧力と常に連動するように構成されている。

圧力連通管１２は、蓄圧槽９と裏込め材貯槽１１との間に設けられた配管であり、一端が蓄圧槽９の内部空間に開放されており、他端が裏込め材貯槽１１の内部空間に開放されている。これにより、圧力連通管１２を介して、蓄圧槽９の内圧を裏込め材貯槽１１に伝達することができる。

本形態例の差圧制御機構７は、地上設備である蓄圧槽９、圧力連通管１２、及び裏込め材貯槽１１のいずれかの内部空間において、高圧流体と裏込め材６との界面を有する。すなわち、差圧制御機構７は、地下岩盤Ｕに埋設された貯槽４内の高圧流体と、貯槽４の外側に設けられた間隙５を充填する裏込め材６との界面を貯槽４から離れた地上設備に設け、この界面を介して貯槽４内の内圧を裏込め材６に伝達することで、地下岩盤Ｕ中において貯槽４にかかる内外圧のバランスをとるものである。

また、差圧制御機構７は、裏込め材供給管１０に設けたポンプ１３を運転して間隙５に裏込め材６を圧送することで、貯槽４にかかる内圧と外圧との差圧を維持したまま運転することもできる。なお、上記差圧運転の必要がない場合には、ポンプ１３を設けなくてもよい。

次に、本形態例の貯蔵設備１を用いた高圧流体の貯蔵方法（すなわち、貯蔵設備１の運転方法）について説明する。
先ず、図１に示すように、外部に設けられた圧縮装置等により、貯蔵対象となる流体が立坑２、貯槽プラグ３を介して貯槽４に供給される。流体の供給を継続すると、貯槽４の内圧が上昇する。

次に、図５（ｂ）に示すように、貯槽４の内圧が上昇すると、内圧検知管８を介して蓄圧槽９の内圧も連動して上昇する。次いで、圧力連通管１２を介して蓄圧槽９の内圧を裏込め材貯槽１１に伝達する。これにより、裏込め材貯槽１１から地下岩盤Ｕと貯槽４との間の間隙５に、貯槽４の内圧と同じ圧力で裏込め材６が供給されるため、貯槽４の内圧と外圧とが等しくなる。

なお、蓄圧槽９、圧力連通管１２、及び裏込め材貯槽１１のいずれかの内部空間において存在する高圧流体と裏込め材６との界面の位置は、貯槽４の内圧が上昇すると、蓄圧槽９側から裏込め材貯槽１１側へ移動する。

間隙５にかかる圧力は、地下岩盤Ｕと貯槽４とによって支持される。この際、間隙５の幅が広がることで、地下岩盤Ｕの内壁面を押し広げるが、裏込め材６は高粘性の流体であるため、内壁面の空隙や割れ目に入り込んでも地下岩盤Ｕ中に拡散することなく、地下岩盤Ｕと貯槽４とに圧力を伝達することができる。

また、ポンプ１３を運転して間隙５に裏込め材６を圧送してもよい。これにより、間隙５に充填される裏込め材６にかかる圧力を貯槽４の内圧よりも高くして、貯槽４にかかる内圧と外圧との差圧を維持したまま運転することもできる。

以上説明したように、本形態例の貯蔵設備１によれば、差圧制御機構７によって、蓄圧時に貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材６にかかる圧力を上昇させて、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとることができる。

なお、本形態例の貯蔵設備１では、貯槽４の貯蔵対象が気体であることが好ましい。また、貯槽４の貯蔵対象が液体である場合には、高圧流体と裏込め材６との界面でのコンタミを防ぐ観点から、上記界面に、高圧流体と裏込め材６とを分離するとともに、貯槽４内の圧力を裏込め材６に伝達する弾性膜（ゴム膜等）を設ける構成とすることが好ましい。

（第１の形態例の変形例１）
次に、上述した第１の形態例の変形例１について説明する。
図６は、第１の形態例の変形例１における貯蔵設備２１を示しており、（ａ）は貯槽４の周辺を拡大した断面図であり、（ｂ）は貯槽４の周辺の斜視図である。なお、図６では、差圧制御機構７は省略している。

図６（ａ）に示すように、第１の形態例の変形例１における貯蔵設備２１は、上述した第１の形態例の貯蔵設備１と同一の構成を備えるとともに、さらに裏込め材６の循環設備１４を備える構成となっている。したがって、第１の形態例の貯蔵設備１と同じ構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例の循環設備１４は、間隙５と連通する裏込め材供給管１０と、裏込め材供給管１０に設けられたポンプ１３と、間隙５と連通するとともにポンプ１３において裏込め材供給管１０と合流する裏込め材導出管１５と、を有する。本変形例の循環設備１４は、裏込め材導出管１５と裏込め材供給管１０とが、間隙５に充填された裏込め材６を当該間隙５の外側に循環させる循環経路を構成する。また、ポンプ１３が循環ポンプとして機能する。

図６（ｂ）に示すように、裏込め材供給管１０は、貯槽４の下方寄りの間隙５内に、貯槽４の軸方向に延在するように設けられている。また、裏込め材導出管１５は、貯槽４の上方寄りの間隙５内に、貯槽４の軸方向に延在するように設けられている。これにより、本形態例の循環設備１４は、貯槽４の下方側から間隙５内に裏込め材６を供給するとともに、貯槽４の上方側から間隙５内の裏込め材６を間隙５の外部に導出することができる。したがって、循環設備１４は、貯槽４の軸方向全体にわたって、常時もしくは定期的に裏込め材６を循環させることができる。

循環経路を構成する裏込め材導出管１５には、裏込め材６の成分を分析する分析装置１６と、裏込め材６の成分を調整する調整装置１７とが設けられている。循環経路に分析装置１６を設けることにより、定期的に裏込め材６の性状を確認することができる。また、調整装置１７を設けることにより、裏込め材６の品質が劣化した場合に、裏込め材６の成分調整や、新しい裏込め材６の供給を行うことができる。

以上説明したように、本変形例の貯蔵設備２１は、循環設備１４を備えているため、長期間にわたって裏込め材６の品質管理を行うことができる。

また、本形態例の貯蔵設備２１では、循環設備１４を構成する裏込め材供給管１０及びポンプ１３について、差圧制御機構７の構成の一部を共用する場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。循環設備１４と差圧制御機構７とを別々の構成として備えていてもよい。

（第１の形態例の変形例２）
次に、上述した第１の形態例の変形例２について説明する。
図７は、第１の形態例の変形例２における貯蔵設備３１を示しており、（ａ）は貯槽４の周辺を拡大した断面図であり、（ｂ）は差圧制御機構を拡大した断面図である。

図７（ａ）に示すように、第１の形態例の変形例２における貯蔵設備３１は、上述した第１の形態例の貯蔵設備１の差圧制御機構７における蓄圧槽９、圧力連通管１２、及び裏込め材貯槽１１の構成にかえて、これらが一体化したシリンダー構造の圧力調整装置３８を有する構成となっている。したがって、第１の形態例の貯蔵設備１と同じ構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例の差圧制御機構３７は、貯槽４内と連通する内圧検知管８と、間隙５と連通する裏込め材供給管１０と、圧力調整装置３８と、を有する。

圧力調整装置３８は、シリンダー構造の筒状容器であり、内側空間の上方寄りと連通するように内圧検知管８が接続されている。これにより、貯槽４、内圧検知管８及び圧力調整装置３８の上方側の内部空間が連通されて、蓄圧時にいずれも同じ内圧となるように、高圧流体が充填される。

圧力調整装置３８は、内側空間の下方寄りと連通するように裏込め材供給管１０が接続されている。また、圧力調整装置３８の内側空間の下方側には裏込め材６が貯蔵されている。これにより、間隙５、裏込め材供給管１０及び圧力調整装置３８の下方側の内部空間が連通されており、いずれも同じ圧力となるように、裏込め材６が充填される。

本変形例の差圧制御機構３７は、シリンダー構造の圧力調整装置３８の内部空間において、高圧流体と裏込め材６との界面３８Ａを有する。すなわち、差圧制御機構３７は、地下岩盤Ｕに埋設された貯槽４内の高圧流体と、貯槽４の外側に設けられた間隙５を充填する裏込め材６との界面を圧力調整装置３８の内部空間に設け、この界面３８Ａを介して貯槽４内の内圧を裏込め材６に伝達することで、地下岩盤Ｕ中において貯槽４にかかる内外圧のバランスをとるものである。

なお、圧力調整装置３８の内部空間に存在する高圧流体と裏込め材６との界面３８Ａの位置は、貯槽４の内圧が上昇すると、シリンダー構造の下方側へ移動する。

以上説明したように、本変形例の貯蔵設備３１によれば、差圧制御機構３７によって、蓄圧時に貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材６にかかる圧力を上昇させて、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとることができる。

なお、変形例の貯蔵設備３１では、貯槽４の貯蔵対象が気体であることが好ましい。また、貯槽４の貯蔵対象が液体である場合には、圧力調整装置３８の内側空間における高圧流体と裏込め材６との界面３８Ａでのコンタミを防ぐ観点から、上記界面３８Ａに、高圧流体と裏込め材６とを分離するとともに、貯槽４内の圧力を裏込め材６に伝達する弾性膜（ゴム膜等）を有する構造、すなわち、弾性膜付きシリンダー構造とすることが好ましい。

具体的には、図７（ｂ）に示すように、弾性膜付きシリンダー構造の圧力調整装置３８として市販のベロフラムシリンダーを用いてもよい。ベロフラムシリンダーは、シリンダーの内部空間に、ベロフラムと称されるＵ字型に畳まれたゴム膜３９Ａ，３９Ａを有しており、ゴム膜３９Ａ，３９Ａの間にピストン部材３９Ｂを有する構成となっている。これにより、上部と下部の液体が分離された状態でピストン部材３９Ｂが上下方向に滑らかに動くことができるため、高圧液体の内圧を裏込め材６に伝達することができる。

なお、差圧制御機構３７は、地上設備として設けられていてもよいし、貯槽４の周囲の地下岩盤Ｕ中に埋設してもよい。

また、本変形例の貯蔵設備３１は、上述した第１の形態例の変形例１に示す循環設備１４を備えていてもよい。

（第２の形態例）
次に、第２の形態例の貯蔵設備の構成について説明する。
図８は、第２の形態例の貯蔵設備４１における貯槽４の周辺を拡大した断面図であって、（ａ）は貯槽４の内圧上昇前の状態を示す図であり、（ｂ）は貯槽４の内圧上昇後の状態を模式的に示す図である。

図８（ａ）に示すように、第２の形態例における貯蔵設備４１は、上述した第１の形態例の貯蔵設備１の差圧制御機構７の構成のほとんどを省略した差圧制御機構４７を有する構成となっている。したがって、第１の形態例の貯蔵設備１と同じ構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本形態例の差圧制御機構４７は、貯槽４内と間隙５とを連通するように貯槽４の壁面の下方に設けられた１以上の連通管４８と、貯槽４内に予め貯留された所要量の裏込め材６と、を有する。

貯槽４内に予め貯留された所要量の裏込め材６は、上述した第１の形態例の差圧制御機構７における裏込め材貯槽１１内に貯蔵された裏込め材６に対応するものである。ここで、本形態例の差圧制御機構４７は、上述した第１の形態例の差圧制御機構７における地上設備である蓄圧槽９、圧力連通管１２、及び裏込め材貯槽１１を省略する構成となっている。また、上述した第１の形態例の差圧制御機構７は、蓄圧槽９、圧力連通管１２、及び裏込め材貯槽１１のいずれかの内部空間において高圧流体と裏込め材６との界面を有するのに対して、本形態例の差圧制御機構４７は、貯槽４内に高圧流体と裏込め材６との界面４７Ａを有する構成である。なお、本形態例の差圧制御機構４７における連通管４８は、上述した第１の形態例の差圧制御機構７における裏込め材供給管１０に対応する機能を有する。

すなわち、本形態例の貯蔵設備４１における差圧制御機構４７は、貯槽４内の高圧流体と、貯槽４の外側に設けられた間隙５を充填する裏込め材６との界面４７Ａを貯槽４内に設けて、この界面４７Ａを介して貯槽４内の内圧を裏込め材６に伝達することで、地下岩盤Ｕ中において貯槽４にかかる内外圧のバランスをとるものである。

次に、本形態例の貯蔵設備４１を用いた高圧流体の貯蔵方法（すなわち、貯蔵設備４１の運転方法）について説明する。
先ず、図１に示すように、外部に設けられた圧縮装置等により、貯蔵対象となる流体が立坑２、貯槽プラグ３を介して貯槽４に供給される。流体の供給を継続すると、貯槽４の内圧が上昇する。

次に、図８（ｂ）に示すように、貯槽４の内圧が上昇すると、貯槽４内に設けられた界面４７Ａを介して貯槽４内の内圧が裏込め材６に伝達する。これにより、貯槽４内に予め貯蔵された裏込め材６から連通管４８を介して、地下岩盤Ｕと貯槽４との間の間隙５に、貯槽４の内圧と同じ圧力で裏込め材６が供給されるため、貯槽４の内圧と外圧とが等しくなる。
なお、貯槽４内の界面４７Ａの位置は、貯槽４の内圧が上昇すると、下方へ移動する。

間隙５にかかる圧力は、地下岩盤Ｕと貯槽４とによって支持される。この際、間隙５の幅が広がることで、地下岩盤Ｕの内壁面を押し広げるが、裏込め材６は高粘性の流体であるため、内壁面の空隙や割れ目に入り込んでも地下岩盤Ｕ中に拡散することなく、地下岩盤Ｕと貯槽４とに圧力を伝達することができる。

以上説明したように、本形態例の貯蔵設備４１によれば、差圧制御機構４７によって、蓄圧時に貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材６にかかる圧力を上昇させて、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとることができる。

なお、本形態例の貯蔵設備４１では、貯槽４の貯蔵対象が気体であることが好ましい。また、貯槽４の貯蔵対象が液体である場合には、貯槽４内における高圧流体と裏込め材６との界面でのコンタミを防ぐ観点から、上記界面に、高圧流体と裏込め材６とを分離するとともに、貯槽４内の圧力を裏込め材６に伝達する弾性膜（ゴム膜等）を設ける構成とすることが好ましい。具体的には、以下の変形例に示す。

（第２の形態例の変形例１）
次に、上述した第２の形態例の変形例１について説明する。
図９は、第２の形態例の変形例１における貯蔵設備５１を示しており、（ａ）は貯槽４の周辺を拡大した断面図であり、（ｂ）は差圧制御機構を拡大した断面図である。

図９（ａ）に示すように、本変形例における貯蔵設備５１は、上述した第２の形態例の貯蔵設備４１の差圧制御機構４７の構成の一部を変更したものである。したがって、第２の形態例の貯蔵設備４１と同じ構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例の差圧制御機構５７は、貯槽４内と間隙５とを連通するように貯槽４の壁面の周囲全体に設けられた１以上の連通管５８を有する。この連通管５８の空間内に、高圧流体（高圧液体）と裏込め材６との界面が設けられている。すなわち、連通管５８内が、それぞれシリンダー構造となっている。また、連通管５８内の空間における高圧流体（高圧液体）と裏込め材６との界面でのコンタミを防ぐ観点から、上記界面に、高圧流体と裏込め材６とを分離するとともに、貯槽４内の圧力を裏込め材６に伝達する弾性膜（ゴム膜等）を有する構造、すなわち、弾性膜付きシリンダー構造とすることが好ましい。

具体的には、図９（ｂ）に示すように、弾性膜付きシリンダー構造として、連通管５８内に市販のベロフラムシリンダーを用いることが好ましい。ベロフラムシリンダーは、連通管５８の内部空間に、ベロフラムと称されるＵ字型に畳まれたゴム膜５８Ａ，５８Ａを有しており、ゴム膜５８Ａ，５８Ａの間にピストン部材５８Ｂを有する構成となっている。これにより、連通管５８内で高圧流体（液体）と裏込め材６とが分離された状態でピストン部材５８Ｂが連通管５８の軸方向に滑らかに動くことができるため、高圧液体の内圧を裏込め材６に伝達することができる。

（第２の形態例の変形例２）
次に、上述した第２の形態例の変形例２について説明する。
図１０は、第２の形態例の変形例２における貯蔵設備６１を示しており、貯槽４の周辺を拡大した断面図である。

図１０に示すように、本変形例における貯蔵設備６１は、上述した第２の形態例の貯蔵設備４１における差圧制御機構４７の構成と、上述した第１の形態例の変形例１における循環設備１４の構成と、を備えるものである。これにより、それぞれの形態例の効果を併せて発揮することができる。

以上説明したように、本実施形態の貯蔵設備１，２１，３１，４１，５１，６１によれば、貯槽４の内側あるいは外側に、貯槽４内の内圧と等しい圧力の高圧流体と、貯槽４の外周に設けられた間隙５に充填されている裏込め材６と等しい圧力の裏込め材６との界面を有する差圧制御機構を備えるため、この界面を介して貯槽４内の内圧と等しい圧力を間隙５に充填されている裏込め材６に伝達することができる。したがって、蓄圧時に貯槽４の内圧が上昇した際、裏込め材６にかかる圧力を連動して上昇させることができるため、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとることができる。

本実施形態の貯蔵設備１，２１，３１，４１，５１，６１によれば、貯槽４に大きな圧力がかからないため、高価なライニング材等を用いることなく一般的な鉄筋コンクリートで貯槽４を製作できる等、経済的な設計が可能となる。

また、本実施形態の貯蔵設備１，２１，３１，４１，５１，６１によれば、間隙５にかかる圧力は、地下岩盤Ｕと貯槽４とによって支持される。この際、間隙５の幅が広がることで、地下岩盤Ｕの内壁面を押し広げるが、裏込め材６は高粘性の流体であるため、内壁面の空隙や割れ目に入り込んでも地下岩盤Ｕ中に拡散することなく、地下岩盤Ｕと貯槽４とに圧力を確実に伝達することができる。

なお、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態の貯蔵設備１では、地下岩盤Ｕの所定の設置深度に貯槽４の軸方向が水平となるように埋設された構成を一例として説明したが、これに限定されず、貯槽４の軸方向が水平から所定の角度で傾斜するように埋設された構成であってもよい。この場合、貯槽４にかかる応力は設置深度によって異なるため、複数の差圧制御機構を用いて所定の深度間隔ごとに設置する構成とすることが好ましい。

また、上述した実施形態の貯蔵設備１では、図１〜図４に示すように、貯槽４が一つの立坑２に接続された一つの筒状容器から構成される場合を一例として説明したが、これに限定されるものではなく、貯槽が複数の筒状容器から構成されていてもよい。

ここで、図１１は、本発明を適用した他の実施形態である貯蔵設備７１の構成を示す断面図である。また、図１２は、図１１中に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。また、図１３は、図１１中に示すＥ−Ｅ線に沿った断面図である。

図１１〜図１３に示すように、他の実施形態の貯蔵設備７１は、立坑７２と、貯槽連絡トンネル７２Ａと、貯槽プラグ７３と、貯槽７４とを備えて構成されている。貯蔵設備７１は、圧縮装置等によって高い圧力がかけられた気体又は液体を、貯槽４の内側の空間内に高圧のまま貯蔵する設備である。

具体的には、所定の深度となるまで鉛直方向に掘り下げられた立坑７２の底部には、水平方向に延在する貯槽連絡トンネル７２Ａが設けられている。この貯槽連絡トンネル７２Ａには、所定の間隔ごとに複数（図中では４つ）の貯槽プラグ７３が設けられている。貯槽プラグ７３には、貯槽連絡トンネル７２Ａを挟んで対向するように、一対の筒状容器がそれぞれ接続されている。一対の筒状容器は軸方向が水平となるように同軸上に設けられている。これらの複数（図中では８つ）の筒状容器は、貯槽プラグ７３及び貯槽連絡トンネル７２Ａを介していずれも立坑７２と連通するように構成されている。すなわち、他の実施形態の貯蔵設備７１は、複数の筒状容器によって貯槽７４が構成されている。

他の実施形態の貯蔵設備７１によれば、一つの立坑７２から複数の筒状容器を連通させることにより、低コストで大容量の貯槽７４が得られる。
なお、筒状容器の接続個数や配置方法は、特に限定されるものではなく、貯槽に必要な容量や設置面積に応じて適宜選択することができる。

また、上述した実施形態の貯蔵設備１，２１，３１，４１，５１，６１によれば、高圧流体と裏込め材６との界面を介して、貯槽４の内圧を裏込め材６に伝達する構成とする場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。具体的には、圧力測定装置を用いて貯槽４の内圧を測定するとともに、この内圧の測定値となるように圧送ポンプ等を用いて間隙５に裏込め材６を直接供給する構成としてもよい。当該構成とすることで、貯槽４の内側あるいは外側に、貯槽４内の内圧と等しい圧力の高圧流体と、貯槽４の外周に設けられた間隙５に充填されている裏込め材６と等しい圧力の裏込め材６との界面を設けることなく、貯槽４の内側と外側にかかる圧力のバランスをとることができる。

＜圧縮空気エネルギー貯蔵システム＞
次に、本発明を適用した一実施形態である圧縮空気エネルギー貯蔵システム（以下、単に「ＣＡＥＳシステム」と記載する）について説明する。図１４は、本発明を適用した一実施形態であるＣＡＥＳシステム１０１の構成を模式的に示す図である。

図１４に示すように、本実施形態のＣＡＥＳシステム１０１は、余剰電力を受電して駆動する電動機１０２と、高圧空気を製造する圧縮機１０３と、圧縮空気としてエネルギーを貯蔵する貯蔵設備１０４と、貯蔵された圧縮空気を膨張させる膨張器１０５と、発電を行う発電機１０６と、圧縮時に発生する熱を貯蔵する蓄熱槽１０７と、を備えて概略構成されている。

本実施形態のＣＡＥＳシステム１０１は、電力貯蔵時に電動機１０２にて圧縮機１０３を駆動して高圧空気を製造し、圧縮空気（高圧流体）として貯蔵設備１０４にエネルギーを貯蔵する。また、発電時に貯蔵設備１０４にエネルギーとして貯蔵された圧縮空気を膨張器１０５によって膨張させ、発電機１０６を駆動して発電を行う。なお、電力貯蔵時の圧縮空気を製造する際に発生する熱を蓄熱槽１０７に貯蔵し、圧縮空気を膨張する際に蓄熱槽１０７に蓄えられた熱によって圧縮空気を加温することで、ＣＡＥＳシステム１０１のエネルギー貯蔵効率を高めることができる。

本実施形態のＣＡＥＳシステム１０１は、圧縮空気（高圧流体）の貯蔵設備１０４として、上述した実施形態の貯蔵設備１，２１，３１，４１，５１，６１のいずれか１つ以上を用いることを特徴とするものである。本実施形態のＣＡＥＳシステム１０１によれば、圧縮空気（高圧流体）の貯蔵設備として上述した貯蔵設備１，２１，３１，４１，５１，６１のいずれか１つ以上を備える構成であるため、圧縮空気を安定して貯蔵することが可能であるとともに、ＣＡＥＳシステム１０１を長期間安定して運転することができる。

また、本実施形態のＣＡＥＳシステム１０１によれば、貯蔵設備１０４を地下岩盤Ｕ中に埋設する構成となるため、地上における設置面積を低減して土地の有効活用がはかれる。

＜水力発電設備＞
次に、本発明を適用した一実施形態である水力発電設備について説明する。図１５は、本発明を適用した一実施形態である水力発電設備２０１の構成を模式的に示す図である。

図１５に示すように、本実施形態の水力発電設備２０１は、比較的高所に設けられたダム２０２と、導水路トンネル２０３と、導水路トンネル２０３と接続された圧力水路２０４と、導水路トンネル２０３及び圧力水路２０４にかかる水圧を調整する調圧水槽２０５と、圧力水路２０４の下流に設けられた発電所２０６と、放水路２０７と、を備えて概略構成されている。

本実施形態の水力発電設備２０１は、ダム２０２から導水路２０３及び圧力水路２０４を経由して発電所２０６に導水し、当該発電所２０６にて発電機を駆動して発電を行うものである。また、本実施形態の水力発電設備２０１は、電力貯蔵時に図示略の圧送ポンプ等を駆動して放水路２０７側から水を組み上げてダム２０２にエネルギーを貯蔵する、揚水式の水力発電設備であってもよい。

一般的に、圧力水路２０４は、導水路トンネル２０３と発電所２０６との間の高低差を有する傾斜線上もしくは鉛直線上に沿って配設されている。このため、圧力水路２０４には、ダム２０２から供給される水による高低差に応じた静水圧と、発電所２０６の稼働や停止時に変動し生じる水撃圧が作用する。

ところで、従来の水力発電設備では、圧力水路にかかる内圧（水圧）は、その一部が岩盤にも負担されるものの、基本的に圧力水路を構成する材料の強度によって負担させていた。そのため、圧力水路の全体に、高価な鋼製の水圧鉄管が用いられていた。

これに対して本実施形態の水力発電設備２０１は、地下岩盤内に埋設された圧力水路２０４と、岩盤と圧力水路２０４内の圧力の変動に応じて、裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構（図示略）とを備える構成となっている。すなわち、本実施形態の水力発電設備２０１は、圧力水路２０４の少なくとも一部（又は全部）に、上述した実施形態の貯蔵設備にかかる貯槽の構造を適用するものである。ここで、圧力水路２０４内には水が貯留又は流通するため、裏込め材６と混合するおそれがあることから、本実施形態の水力発電設備２０１の圧力水路２０４には、上述した貯蔵設備のうち、貯蔵設備３１の構成、又は貯蔵設備５１の構成を適用することが好ましい。

具体的には、圧力水路２０４に上述した貯蔵設備３１の貯槽４の構成を適用する場合、貯槽４にかかる水圧は設置深度によって異なるため、複数の弾性膜付きシリンダー構造の圧力調整装置３８を所定の深度間隔ごとに設置する構成とすることが好ましい。

また、圧力水路２０４に上述した貯蔵設備５１の貯槽４の構成を適用する場合、貯槽４にかかる水圧は設置深度によって異なるため、所定の深度間隔ごとに貯槽４の壁面の周囲全体にわたって複数の連通管５８を設けるとともに、各連通管５８内を弾性膜付きシリンダー構造とすることが好ましい。

本実施形態の水力発電設備２０１によれば、圧力水路２０４に上述した貯蔵設備３１の構成、又は貯蔵設備５１の構成を適用する構成であるため、圧力水路２０４内に高水圧を有する水を安定して通水することが可能であるとともに、水力発電設備２０１を長期間安定して運転することができる。

なお、水力発電設備の再開発において、既存の導水路トンネルあるいは圧力水路の耐圧性を上げる必要がある場合には、既存のコンクリート製のトンネルあるいは鋼製の水圧鉄管の背面に、裏込め材供給設備を設置した後、岩盤と圧力水路との間隙に所要の圧力となるように裏込め材６を供給することで、本実施形態の水力発電設備２０１とすることができる。これにより、既存の構造物を撤去することなく、耐圧性を向上させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…高圧流体貯蔵設備（貯蔵設備）
２，７２…立坑
３，７３…貯槽プラグ
３Ａ…マンホール
４，７４…高圧流体貯槽（貯槽）
４Ａ…終端コンクリート
５…間隙
６…裏込め材
７，３７，４７，５７…差圧制御機構
８…内圧検知管
９…蓄圧槽
１０…裏込め材供給管
１１…裏込め材貯槽
１２…圧力連通管
１３…ポンプ（圧送ポンプ、循環ポンプ）
１４…循環設備
１５…裏込め材導出管
１６…分析装置
１７…調整装置
３８…圧力調整装置
３８Ａ，４７Ａ…界面
３９Ａ，５８Ａ…ゴム膜
３９Ｂ，５８Ｂ…ピストン部材
４８，５８…連通管
７２Ａ…貯槽連絡トンネル
１０１…圧縮空気エネルギー貯蔵システム（電力貯蔵システム）
１０２…電動機
１０３…圧縮機
１０４…貯蔵設備
１０５…膨張器
１０６…発電機
１０７…蓄熱槽
２０１…水力発電設備
２０２…ダム
２０３…導水路トンネル
２０４…圧力水路
２０５…調圧水路
２０６…発電所
２０７…放水路
Ｓ…地表面
Ｔ…土砂部
Ｕ…岩盤部（地下岩盤）

Claims (9)

1. 地下岩盤内に埋設され、高圧流体を貯蔵する高圧流体貯槽と、
   前記岩盤と前記高圧流体貯槽との間の間隙に充填された裏込め材と、
   前記高圧流体貯槽内の圧力の変動に応じて、前記裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構と、を備え、
   前記差圧制御機構が、
   前記高圧流体貯槽内と連通する内圧検知管と、
   前記裏込め材が充填された前記間隙と連通する裏込め材供給管と、
   前記高圧流体を貯蔵するとともに、前記内圧検知管を介して前記高圧流体貯槽内の圧力と同じ内圧とされる蓄圧槽と、前記裏込め材を貯蔵するとともに、前記裏込め材供給管を介して前記間隙と連通する裏込め材貯槽と、前記蓄圧槽と前記裏込め材貯槽との間に設けられ、当該蓄圧槽の内圧を当該裏込め材貯槽に伝達する圧力連通管と、が一体化したシリンダー構造の圧力調整装置と、を有し、
   前記圧力調整装置の内部に、前記高圧流体と前記裏込め材との界面を有し、
   前記界面に、前記高圧流体と前記裏込め材とを分離するとともに、前記高圧流体貯槽内の圧力を前記裏込め材に伝達する弾性膜を有する、高圧流体貯蔵設備。
2. 地下岩盤内に埋設され、高圧流体を貯蔵する高圧流体貯槽と、
   前記岩盤と前記高圧流体貯槽との間の間隙に充填された裏込め材と、
   前記高圧流体貯槽内の圧力の変動に応じて、前記裏込め材にかかる圧力を制御する差圧制御機構と、を備え、
   前記差圧制御機構が、
   前記高圧流体貯槽内と前記間隙とを連通するように当該高圧流体貯槽の壁面の周囲に設けられた１以上の連通管と、
   前記連通管内の前記高圧流体と前記裏込め材との界面に設けられ、前記高圧流体と前記裏込め材とを分離するとともに、前記高圧流体貯槽内の圧力を前記裏込め材に伝達する弾性膜と、を有する、高圧流体貯蔵設備。
3. 前記間隙に充填された前記裏込め材を当該間隙の外側に循環させる循環経路を備える、請求項１又は２に記載の高圧流体貯蔵設備。
4. 前記循環経路に、前記裏込め材の成分を分析する分析装置と、前記裏込め材の成分を調整する調整装置とが設けられている、請求項３に記載の高圧流体貯蔵設備。
5. 前記高圧流体貯槽が、鉄筋コンクリート製の筒状容器である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧流体貯蔵設備。
6. 前記筒状容器の軸方向が、当該筒状容器の長手方向であり、
   前記軸方向が水平方向となるように、前記筒状容器が埋設される、請求項５に記載の高圧流体貯蔵設備。
7. 前記高圧流体貯槽が、複数の筒状容器から構成される、請求項５又は６に記載の高圧流体貯蔵設備。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高圧流体貯蔵設備を１つ以上備える、電力貯蔵システム。
9. 圧縮空気エネルギー貯蔵システムである、請求項８に記載の電力貯蔵システム。

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