WO1999002783A1 - Systeme pour proteger les terres cotieres de l'elevation du niveau de la mer - Google Patents

Description

明細書 海面上昇から陸岸を防護するシステム 技術分野

この発明は、 地球温暖化ガスによる海面上昇から陸岸を防護する為 に、 海岸の沖側にポンプー水車を内蔵した堰堤を建設して、 同海岸を外 洋から隔離する池を作り、 池の水位を常時外洋より低く保つ事により、 海面上昇から陸岸を防護すると共に、 外洋を上池と し、 内側の池を下池 とする潮汐揚水発電所を建設して、 環境保護と潮汐エネルギーの開発を 同時に行う技術に関するものである。 背景技術

1 9 9 7年 1 2月に京都で開催された、 地球温暖化防止国際会議にお いて、 2 1世紀における海面上昇の問題が取り上げられるまでは、 海面 上昇から陸地を守る技術は、 防潮堤の嵩上げ程度であった。 しかし本発 明者が、 さきに行った発明 「特願平 9一 2 0 0 8 1 8」 のうち、 潮汐発 電サイ トで、 湾内の満ち潮時に行われる潮汐揚水発電システムの技術 が、 海面上昇対策と して全地球海岸線に適用できる事が分ったので、 上 記発明の追加と して、 本発明を行なった。

すなわち先の発明では、 湾内に発生する大きな潮汐の干満差 （潮差） をエネルギーに変換する為に、 湾口から湾奥に至る潮汐水路を、 湾の片 側又は中央に設けて潮差を自然の状態に保っておく。 同潮汐水路の片側 又は両側にボンポー水車を含む堰堤により湾岸を 1辺とする長方形の池 を多数作る。 満潮時に発電する方法と して、 各池の水位を常時潮汐水路 の平均海面より低く保つ如く指定して、 夜間の干潮時に電力網からの余 剰電力を利用してポンプ運転を行い、 池の水位を更に下げておき、 昼間 の満潮時に水車運転により外海の海水を池に流して元の水位まで上昇せ しめ、 揚水発電効率が 100 %以上になるシステムを発明した。 同システ ムの建設方法と して、 1個の池を 1単位と してまず建設して発電を行い ながら、 続いて隣接する池の発電システムの建設を行う如き、 長期間に わたる多数の池の経済的建設方法を発明した。 発明の開示

2 1世紀中に海面が 5 0 c m〜 1 m上昇したとき、 海岸線の後退は避 けられず、 国土面積の減少、 砂浜の消失、 ゼロメートル地帯への浸水等 が起きる。 特に低地国である、 オランダ、 バングラデシュ 、 海抜 l mの 島国等では重大な問題である。 本発明は、 先の発明をごく限られた範囲 の潮汐発電サイ トのみでなく、 全地球海岸線に適用出来るごとく したも のである。 すなわち、 海面上昇から守ろう とする海岸を、 同海岸と平行 に、 沖合に設置した沖合堰堤と、 これに直角に同海岸の両端に連結する 仕切堰堤とにより外海から隔離し、 そこにできた池の最高水位を、 外海 の平均海面より数メー トル低く 、 例えば 3 m低く保つことにより、 海岸 線の後退とは逆に、 同海岸線を沖の方へ前進せしめるものである。 この 場合、 池の水位を制御するポンプー水車を装着したケーソンを、 沖合堰 堤に接続せしめ、 外海と池の水位差を利用して効率 1 0 0 %前後の潮汐 揚水発電を行い、 潮汐エネルギーと揚水発電の合成エネルギーを開発す ることにより、 同海岸線を海面上昇から防護するばかりでなく、 海岸面 積の拡大と、 ク リーンな新エネルギーの開発と、 省エネルギーを同時に 行って、 地球温暖化防止に役立てよ う とすることを目的と している。 本 発明と先の発明との大きな相違点は、 地球上の大部分の海岸は、 これま での潮汐発電所の対象にならない程潮差が小さく 、 約 2 m前後である。 プロペラ型水車は落差が 2 m以下では出力が出ない欠点があつたので、 池の最高水位を外海の平均海面より 3〜4 m下げるごと く コン トロール することにより、 プロペラ型水車を全地球海岸で使用可能にしたこと 力 本発明の特徴である。 図面の簡単な説明

第 1 図は海面上昇が予想される海洋から、 水没を防止する直線的海岸 の間に設置された堰堤群および潮汐発電用池と海岸線の変化を示す平面 図。 第 2図は島を海面上昇から守る場合の平面図である。 第 3図は第 1 図の A— A断面図で、 海洋 1 と池 8の水位の変化と、 海底勾配および沖 合堰堤の位置を示す横断面図である。 第 4図は第 1図の B— B断面で、 ケーソン 6の海側 1 と池側 8の水位の関係と、 内部にポンプ一水車 2 0 を装着したケーソンの状態を示す横断面図である。 第 5図は 1 日の潮位 2 3の変化とポンプ—水車 2 0の揚程、 落差と運転のタイ ミングおよび 池 8の水位 1 1， 1 2の変化の関係を示す時間経過図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面にしたがつてこれを 説明する。

第 1図および第 3図において海面上昇が予想される海洋 1 に面して直 線状陸地 2があり、 海岸線 3から沖に向かって海底勾配 3— 1 6が続く ものとする。 水位 4は現在の大潮時の平均満潮位である。 目的の陸地 2 の沖合に、 同陸地にほぼ平行に、 沖合堰堤 5を設置し、 その両端に仕切 堰堤 7を設置して、 海岸線 3に接続せしめる。 沖合堰堤 5には第 4図の ポンプ一水車 2 0を内蔵したケ一ソン 6を 1個ないし 2個接続せしめ る。 かく して海洋 1 と陸岸 2の間に池 8ができ上がる。 この池 8を海面 上昇対策の一単位と して建設し、 必要に応じて他の池 9、 1 0等を矢 印の方向に追加建設する。 仕切堰堤 7には水門 3 7を設置して、 隣接す る池の間の水流制御及び小型作業船の通行に供する。 第 3図および第 4 図における池 8の最高水位 1 1 をポンプ運転によ り設定水位まで下げて おく。 これによつて池 8に面した海岸線 Cは第 3図の Eまで沖の方へ 広がり、 陸地面積が増加したことになる。 万一の堰堤決壊に備えて陸地 2を鎖線断面 C— D— Eで示す如く、 海岸線 3を沖側へ埋め立ててお けば安全である。 新造成地 C一 D— Eは多目的の土地利用が可能とな る。 第 4図のポンプ一水車 2 0はケーソン 6内の海底近く に装着され て、 その前後にドラフ トチューブ 2 1 と、 2 2を配置する。 もし将来海 洋 1 の海面が 1 m上昇して破線 1 8に達した場合、 池 8の設定水位 1 1 を 1 m上の破線 1 9まで上げれば、 まだ十分安全であり、 ポンプー水車 の揚程と落差には変化がないことになる。 鎖線 1 3は池の平均水位で、 池の有効平均面積を決定する一辺の長さを示す。 海面上昇の高さに合わ せて第 3図の Dの位置に堤防 3 6を安全のために構築しておく。

第 2図は陸地 2が島である場合で、 第 1図における海岸線 3を曲線と 考えれば、 第 2図における島 2の海岸線 3、 沖合堰堤 5、 ケーソン 6、 仕切堰堤 7その他の符号は第 1図、 第 3図および第 4図と共通に使用で きる。 島 2を取り巻く池 8， 9， 1 0の数は、 島 2の大きさおよび海岸 線 3の長さにより増減する。

第 5図はポンプおよび水車の運転時の潮位、 揚程、 落差、 流量、 動力 およびエネルギーの関係を示す。 第 5図の上半は潮汐の 2サイクル間の 潮位 2 3 と時間の関係を示す、 潮の 1サイクルは 1 2 . 4時間である。 1 日に 2回、 潮の干満があるから、 夜間 1 2時間の間には必ず 1回の干 潮があり、 昼間 1 2時間の間は必ず 1回満潮がある。 第 5図の下部に池 8の最高水位 1 1 と最低水位 1 2を示してある。 ポンプおよび水車の最 大動力をそれぞれ Lp， kW， 及び Lt， kW， とすると構造上、 Lp = Ltで ある。 またポンプ—水車は力プラン型羽根車を使用し、 ポンプ運転時 も、 水車運転時も、 ともに揚程、 落差に関せず最大出力で運転をうもの とする。 ポンプ運転開始時の揚程は 2 4 — 2 5で、 2 4は潮位を示し、

2 5は池 8の水位である。 ポンプ運転終了時の揚程は 2 6 — 2 7であ る。 この間潮位は 2 4 — 2 6のごと く変化し、 池 8の水位は 2 5— 2 7 のごとく変化する、 ポンプの運転時間は 3 4で、 その間の平均揚程は 3 2である。 同様に、 水車運転の開始落差は 2 8— 2 9、 終了落差は 3 0 一 3 1 で、 その間の平均落差は 3 3、 水車運転時間は 3 5である。 両者 の平均流量を Qp, m3 /s， 及び Qt， m3/s, ポンプの平均揚程

3 2を Hp, m,水車の平均落差 3 3を Ht， m， と し、 両者の平均効 率を Fpと Ftと した場合， それぞれの動力， kW, と電力量， k Wh， の式は次の如くなる。

Lp=K*Hp*Qp/Fp ( 1 )

Lt=K*Ht*Qt*Ft ( 2 ) ここに Kは比例常数で、 Lp==Ltであるから

Qp/Qt=(Ht/Hp)*Fm ( 3 ) ここに Fm = Fp*Ftである、

もし Ht/Hp= 1.5, Fm = 0.7とすると

Qp = 1.05*Qt (4 ) しかるに、 同じ水量を上げ下げするポンプの運転時間と水車の運転時間 はそれぞれの流量に反比例するから、 ポンプの運転時間を Tp時間、 水 車の運転時間を Ttとすると、

Tt=1.05*Tp ( 5 ) ポンプの使用電力量は Ep = Lp*Tp， k Wh , 水車の出力電力量は Et = Lt*Tt, kWhで、 Lp = Ltであるから Et/Ep=1.05 ( 6 ) となる。 この場合揚水発電効率は 105%である。 揚水発電効率は、 S本 海の如く潮差が殆ど零の場合には 7 0 %であるが。 潮差の増加と共に大 きくなり、 平均最大潮差が 1 .7mで 1 0 0 %となり、 それ以上の潮差の 場所では更に同効率は良くなる。 産業上の利用可能性

以上のよ うに、 本発明は地球温暖化防止技術と して、 2 1世紀に起こ り うる海面上昇から陸岸を守るばかりでなく 、 逆に陸岸を沖の方へ拡大 して、 国土拡大に利用できるばかりでなく、 ク リーンな潮汐エネルギー の開発に加えて、 揚水発電効率を 100 %前後にまで高める省エネルギー 効果が得られることが、 本発明の主な利用効果であるが、 その他の産業 上の利用方法を列挙すると、

1 . 必要に応じて 1個ないし数個の池の 1部又は全部を埋め立てて土地 開発、 例えば臨海都市、 海上空港、 港湾施設、 漁港、 工業団地、 レジャ 一ランド、 農業用地等の造成を行う事が出来る。 この場合更に沖側に前 回同様の池を作って、 潮汐揚水発電所を建設することが出来る。

2 . 池 8、 9、 1 0等の内部にはポンプー水車の運転により、 1 日 1回 大潮時同等の海水の出入りがあるので、 海水が停滞汚染することがない ので、 養殖漁業に適している。

3 . 沖合堰堤 5は地震の津波から陸岸 2を防護する効果がある。 台風時 の高潮に対しても同様の効果がある。

4 . 池の水位を常時下げることにより、 臨海土地の排水が良くなり、 農 業における塩害防止の効果がある。

5 . 沖合堰堤および仕切堰堤は、 その表面を、 または内部を トンネルと して、 自動車道路または鉄道に利用できる。 特に揚水発電所の電源が該 堰堤に沿って配線されているので、 電気を利用した新交通、: ムに適 している、 例えば超伝導電車、 無人電車等である。

Claims

請求の範囲

1. 地球温暖化ガスに原因する海面上昇から浸水を防止しよう とする 海岸 （3) の沖側に、 ポンプ一水車を内蔵したケーソン （ 6 ) を含む沖 合堰堤 （ 5 ) 及び水門 （ 3 7) を含む仕切堰堤 （ 7) と、 同海岸で取り 囲まれた池 （ 8 ) を作り、 池の水位をポンプの運転により、 常時外海の 平均潮位より数メー トル低い設定値 （ 1 1 ) 以下に保つ事により、 海面 上昇による同海岸への浸水を防止する装置。

2. 夜間、 外海の水位が平均潮位より低いときに、 ポンプ運転を行 い、 池の海水を外海へ排水して、 設定水位より数メー トル低い規定水位

( 1 2) まで下げ、 昼間、 外海の水位が平均潮位より高い時に、 水車を 運転して池の水位を規定水位より設定水位まで上昇させて、 同ポンプー 水車の揚水発電効率を 100%前後にまで高める如きポンプー水車の運転 方法。

3. 1個の池 （ 8 ) を 1単位と して工事を完了し、 ポンプ一水車の運 転を行いながら、 同池に隣接して別の池 （ 9 ) ， （ 1 0 ) 等の増設を行 う如き、 池の建設方法。