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1 土木学会論文集 B( 海洋開発 ) Vol.,o., 潮流発電の適地選定に関連した五島列島周辺海域における潮流観測 TIDAL CURRT OBRVATIO AROUD TH GOTO ILAD FOR TIDAL CURRT POWR GRATIO 河野泰士 落合弘志 山城徹 城本一義 経塚雄策 永瀬恭一 Taishi KAWAO, Hiroyuki OCHIAI, Toru YAMAHIRO, Kazuyoshi JYOMOTO, Yusaku KYOZUKA and Kyoichi AGA 鹿児島大学大学院博士前期課程理工学研究科 ( - 鹿児島市郡元 丁目 -) 鹿児島大学工学部 ( 同上 ) 正会員博 ( 理 ) 鹿児島大学大学院理工学研究科 ( 同上 ) 正会員鹿児島大学大学院理工学研究科技術部 ( 同上 ) 正会員工博九州大学大学院総合理工学研究院 ( - 春日市春日公園 -) 正会員博 ( 工 ) 株式会社フジタ技術センターエンジニアリング部 ( - 厚木市小野 -) Direct current measurements were carried out at the aru-eto trait and the Takigawara-eto trait during May - in and at the Wakamatsu-eto trait during ovember - in to find suitable places for tidal current power generation around the Goto Islands of agasaki Prefecture. The characteristics of tidal currents at the straits were clarified from the current velocity records. Moreover, it was shown that the measured tidal currents at the aru- eto trait and the Wakamatsu-eto trait are very strong. The strong tidal currents suggest that the two straits are the suitable places for the tidal current power generation. Key Words : trong tidal current, aru-eto trait, Wakamatu-eto trait, tidal current power generation. はじめに 重油を主な燃料とするディーゼル発電は, 装置が出力に対して小型軽量であり, しかも始動性がよく熱効率が高いことから, 離島の電源として用いられている. ところが, 離島のディーゼル発電の費用は電力料金の約 ~ 倍と高く, これに燃油高騰も加わって, 電力会社や地方自治体にとって, 離島の電力供給は経費面からますます負担になっている. さらに, 環境面からは, ディーゼル発電によって発生する硫黄酸化物や窒素酸化物などが問題になっている. 離島の中には, 海底ケーブルで電力を本土から転送しているところもあるが, 転送費用が高いことや送電線切れのトラブルが生じる. したがって, 離島においては, 自家発電設備であり, 自然環境, 例えば海洋環境を利用する発電システムを普及させていくことが大事であると思われる. このような状況の中で, 経済産業省は 年度に波力や海潮流などの海洋エネルギーを利用して発電する 海洋発電所 を実用化する方針を固め, 年度には日本の環境に適した発電所の立地選定を行うことを方針とした. 潮流発電の適地について, ( 独 ) 新エネルギー 産業技術総合開発機構は, 鳴門海峡, 来島海峡, 関門海峡, 大畠瀬戸, 明石海峡の最大流速がそれぞれ cm/s,cm/s,cm/s, cm/s,cm/s であることから, 潮流発電の適地が瀬戸内海に多数存在していることを指摘した ). 経塚は 年から長崎県の辰ノ瀬戸に架かる生月大橋の橋脚部において潮流発電の実証実験を行っている. この実証実験に関連して, 年 月には係留式 ADCP を用いた潮流観測を実施し, 辰ノ瀬戸では最大流速が大潮時に cm/s であることを報告した ). 経塚の報告を除くと, わが国では, 潮流発電の適地選定を目的とした潮流観測が実施された例はないが, 海上保安庁がさまざまな海域において航行船舶の安全を目的とした潮流観測を実施している. これらの観測結果を基に作成した九州沿岸水路誌 ) の中で, 長崎県五島列島の田ノ浦瀬戸, 奈留瀬戸, 滝河原瀬戸, 若松瀬戸ではそれぞれ,cm/s,cm/s, cm/s,cm/s の大きな流速を観測したことが報 I_

2 告されている この大きな流速は 長崎県の五島列 島周辺海域には潮流発電の適地が多数存在する可能 性を示唆している 本論文では 九州の沿岸域 特 に離島周辺海域における潮流発電適地のマッピング をめざして 長崎県五島列島の諸水道で実施した潮 流観測の結果について報告する 五島列島 九州 若松瀬戸 2 観測 中通島 滝河原瀬戸 五島列島は長崎県本土西方の中通島 若松島 奈 留島 久賀島 福江島のつの大きな島を中心に大 小の島から構成され これらの島の間には田ノ 浦瀬戸 奈留瀬戸 滝河原瀬戸 若松瀬戸などの狭 い水道が存在している 図- これらの瀬戸では 強い潮流が発生していることが報告されているが) 潮流の強さ 方向 卓越周期などの特性は未だ明ら かにされていない そこで これらの瀬戸の潮流特 性を調べるために 年月日 日にかけて奈 留瀬戸のt.と滝河原瀬戸のt.に 年月 日 日にかけて若松瀬戸のt.とt.に 係留式 流速計を設置して流速の直接測定を実施した 図- 表- 測流点の位置は 事前の聞き取り調査に よって強い流れが発生していることが示唆されたと ころである 水深m付近の地点を測流点に選び 流速計を海 底直上mの深さに設置し 分間隔で流速を測定 した 表- t.とt.においては 流速計を設 置してから回収するまでの日間で有効な流速デー タを得ることができたが t.とt.においては 流速計を海底に固定していたフレーム 写真- が 強い流れによって倒れ t.では流速計を設置して から約日間 t.では流速計を設置してから約. 日間しか有効な流速データを得ることができなかっ た したがって t.とt.の有効データは小潮か ら大潮を過ぎて再び小潮となる期間のものであるが t.は小潮から大潮までのもの t.は長潮から大 潮直前までのものである 本研究で観測された奈留瀬戸 滝河原瀬戸 若松 瀬戸の潮流の強さを他の海域のものと比較するため に 海上保安庁が発行したの潮流観測報告書)か ら 九州沿岸域の主要分潮 半日周期のM 分潮 分潮と日周期のK分潮 O分潮 の潮流振幅を調 べた その結果として 本研究で観測されたものを 含めて 九州沿岸域の点で主要分潮の潮流振幅 を知ることができた 3 観測結果 奈留瀬戸のt. 滝河原瀬戸のt. 若松瀬戸の t.とt.で測定された流速の絶対値の時系列を図 -に示す すべての測点で 流速の絶対値は明瞭な 半日周期の変動を示し 潮流以外の流速成分はほと t. 奈留瀬戸 t. t. 田ノ浦 瀬戸 t. 若松島 奈留島 久賀島 福江島 図- 五島列島と測流点 の位置 表- 測流点の位置と観測深度 有効データ期間 地点 t. t. t. t. 位置 緯度() 経度() 水深 測定深度.m.m.m.m.m.m.m.m 有効データ期間 年月日 月日 年月日 月日 年月日 月日 年月日 月日 写真- 流速計設置の様子 んどない したがって これらの測点で観測された 流れは潮流によって発生していると考えられる そこで 潮位と関連して流速の特性を調べると 奈留瀬戸のt.では 流速の絶対値の平均がcm/s で 大潮時の最大流速値はcm/sであった 一方 滝河原瀬戸のt.では 流速絶対値の平均がcm/s で 大潮時の最大流速値はcm/sであった 若松 瀬戸のt.では 流速絶対値の平均がcm/sで 大 潮時の最大流速値はcm/sであったが t.より もわずか南に位置するt.では 流速絶対値の平均 がcm/sで 大潮直前の流速値はcm/sに達して いた したがって これらの測点の中では 若松瀬 戸のt. 奈留瀬戸のt. 滝河原瀬戸のt. 若 松瀬戸のt.の順で強い潮流が存在していることが I_

3 示された. 図 - の流れの特性をさらに詳しく調べるために, 流速と流向の頻度分布を求め, それぞれを図 - と図 - に示す. 若松瀬戸の t. では, 流速 cm/s(mct 社製プロペラ式発電装置の始動速度 ) を超える流れが観測有効期間. 日中の. 日 ( 約 %) で発生し, 流速 cm/s を超える強い流れは. 日中の. 日 ( 約 %) で発生していた [ 図 -(d)]. 奈留瀬戸の t. でも, 流速 cm/s を超える流れが観測有効期間 日中の. 日 ( 約 %) で発生し, 流速 cm/s を超える強い流れは 日中の. 日 ( 約 %) で発生 (a) t. 平均値 cm/s 最大値 cm/s していた [ 図 -(a)]. 図示はしないが, 第 章で求めた主要 分潮 ( 半日周期の M 分潮, 分潮および 日周期の K 分潮,O 分潮 ) の潮流定数を基に流速を外挿した場合でも, 流速 cm/s を超える流れが, 若松瀬戸の t. では 日中の. 日 ( 約 %), 奈留瀬戸の t. では 日中の 日 ( 約 %) で発生することが推測されている. したがって,MCT 社製プロペラ式発電装置の始動速度 ( 流速 cm/s) を超える流れが長い期間発生する奈留瀬戸の t. と若松瀬戸の t. は潮流発電の適地となりえる. (b) t. 平均値 cm/s 最大値 cm/s (c) t. 平均値 cm/s 最大値 cm/s (d) t. 平均値 cm/s 最大値 cm/s t. (a) W t. ~ (c) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ t. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ cm/s cm/s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ cm/s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 図 - t.~t. における流速の絶対値の時系列 ~ ~ ~ ~ 図 - t.~t.における流向の頻度分布 cm/s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ (b) (d) 図 - t.~t. における流速の頻度分布 ~ t. ~ ~ ~ ~ ~ t. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ cm/s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ cm/s ~ ~ ~ ~ cm/s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ cm/s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ I_

4 それに対して, 滝河原瀬戸の t. では,cm/s 以上の流速が発生した期間が観測期間 日中の. 日 ( 約 %) であり,cm/s 以上の流速は 日中の 日 ( 約 %) しか観測されなかった [ 図 -(b)]. 若松瀬戸の t. でも,cm/s 以上の流速が発生した期間は観測期間 日中の. 日 ( 約 %) であり, cm/s 以上の流速は 日中の. 日 ( 約 %) しか観測されなかった [ 図 -(c)]. したがって, 滝河原瀬戸の t. と若松瀬戸の t. では,cm/s 以上の流速が発生した期間の割合が奈留瀬戸の t. や若松瀬戸の t. よりもずっと小さい. 流向の頻度分布を調べると, 奈留瀬戸 t. の流向は北西方向と南南東方向に集中し, 滝河原瀬戸 t. の流向は北北西 ~ 北方向と南南東方向に集中し, 若松瀬戸の t. の流向は北方向と南 ~ 南南西方向に集中し, 若松瀬戸の t. の流向は北北西方向と南南東方向に集中している ( 図 -). すなわち, どの測点の流れも瀬戸の海底地形に沿った方向に往復運動をしている. このような流向の頻度分布は, ダリウス型の全方向に対応する発電装置のみならず, プロペラ型の一方向にしか対応しない発電装置を設置することに対しても, これらの瀬戸が都合の良い海域であることを示している.. 調和分析 t.~t. で測定された絶対流速の変動が明瞭な半日周期を示していることから ( 図 -), これらの変動は明らかに潮流によって発生している. そこで, 流速データから潮流の振幅を計算するために最小自乗法を用いて調和分析を行った. 日本近海では周期. 時間の M 分潮流, 周期 時間の 分潮流, 周期. 時間の K 分潮流, 周期. 時間の O 分潮流が卓越しているので ), 調和分析を行う際には, 観測された潮流をこれら 成分の和としてモデル化した. この解析に基づいて, 潮流楕円を描き, 観測された潮流の特徴を調べることにした. 各成分の潮流楕円を図 - に, 潮流楕円の長軸の長さ ( 潮流の振幅 ) と潮流楕円の長軸の方向 ( 潮汐の伝播方向 ) を表 - に示す. 表 - 中の潮流楕円の長軸方向は真東を とし, 反時計回りを正としている.t. で観測された M 分潮, 分潮,K 分潮,O 分潮のすべての潮汐成分について, 潮流楕円の長軸の長さが短軸のものより圧倒的に大きく, 潮流がほぼ直線運動を示している. さらに, すべての潮流成分の長軸方向はほぼ一致し, 分潮流の運動方向が同じである [ 図 - (a)]. このような潮流の特徴は他の測点でもみつ t. t. W W t. t. W W 図 - t.~t. における流向の頻度分布 I_

5 けることができる [ 図 -(b)~(d)]. そこで, これら 分潮の潮流振幅の和を求めてみると,t., t.,t.,t. の潮流振幅の和はそれぞれ, cm/s,cm/s,cm/s,cm/s であり,t. を除くと, これらの値は大潮時の最大流速値とほぼ同じである. したがって, 図 - で示された奈留瀬戸の t. と若松瀬戸の t. の強い流れが主に潮流によって発生していたと言える. もう つの注目すべき結果は, どの測点においても, 半日周期の M 分潮流, 分潮流の振幅が 日周期の K 分潮流,O 分潮流よりも大きく, さらに半日周期の中でも,M 分潮流の振幅が 分潮流よりも圧倒的に大きいことである ( 表 -). この結果から, 五島列島周辺海域では, 主要 分潮流の中で,M 分潮流が卓越していることがわかった.. 検討 本研究で観測された奈留瀬戸, 滝河原瀬戸, 若松瀬戸の潮流の強さが九州周辺海域の中でどの程度のものであるかを明らかにしておく必要がある. その (a) M ために, 九州沿岸域の 点で観測された, 主要 分潮 (M 分潮, 分潮,K 分潮,O 分潮 ) の潮流振幅の和を求め, これを用いて, 潮流の強さを検討することにした. 潮流振幅の和を大きい順に並べ, 上位 地点の潮流振幅の和を図 - に示す. 本研究で観測された地点 ( 図 - 中の赤字で記された地点 ) の潮流振幅の和は九州沿岸域の中でも大きく, すべての地点が上位 位以内にある. 特に, 奈留瀬戸の t. と若松瀬戸の t. は潮流の強い地点であることがわかる. 長崎県五島列島以外の離島では, 鹿児島県奄美大島周辺の大島海峡, 請島水道, 与路水道で潮流の強い地点をみつけることができる. また, 五島列島と奄美大島の離島以外では, 長崎県本土の平戸瀬戸と針尾瀬戸において強い潮流をみつけることができる. 特に平戸瀬戸牛ケ首沖で潮流振幅の和が最大値 (cm/s) を示し, この地点が九州沿岸海域の中で最も潮流の強いところであることが示されている. 表 - 主要 分潮 (M,,K,O ) の潮流楕円の性質 M 分潮 分潮 K 分潮 O 分潮 地点 長軸の長さ 長軸方向 長軸の長さ 長軸方向 長軸の長さ 長軸方向 長軸の長さ 長軸方向 (cm/s) (deg.) (cm/s) (deg.) (cm/s) (deg.) (cm/s) (deg.) t t t t (b) M K O K O (c) M (d) M K O K O 図 - t.~t. における主要 分潮の潮流楕円 I_

6 したがって, 長崎県では五島列島の諸水道のほかに平戸瀬戸や針尾瀬戸, 鹿児島県では奄美大島の諸水道に潮流発電の適地が存在することが示唆された. 今後は,ADCP を搭載した船舶を利用して, 大潮時における奈留瀬戸と若松瀬戸の水平流速分布を測定し, これらの瀬戸において潮流発電の適地の絞込みを行う予定である.. 結論 長崎県五島列島周辺海域で潮流発電の適地をみつけるために, 年 月 日 ~ 月 日に奈留瀬戸と滝河原瀬戸で, 年 月 日 ~ 月 日に若松瀬戸で潮流観測を実施した. 観測結果から, これらの海域の潮流特性を明らかにすることができた. さらに, 奈留瀬戸と若松瀬戸は九州沿岸域の中でも潮流の強い海域であり, 潮流発電の適地となることを指摘した. さらに, 長崎県の平戸瀬戸, 針尾瀬戸および鹿児島県奄美大島の諸水道にも潮流発電の適地となる地点が存在することを示唆した. 潮流の強い地点に発電装置を設置した場合でも, 装置を迂回する流れが生じるため電力が予想よりも小さくなることが指摘されているが, どの程度小さくなるかは本論文では明らかにはできなかった. 謝辞 : 流速計の設置と回収にご協力を頂いた奈留漁業協同組合, 並びに神部漁業協同組合の皆様に厚く感謝申し上げます. 参考文献 ) 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構 : 海洋エネルギーの利用技術に関する現状と課題に関する調査,p.,. ) 経塚雄策 : 生月大橋の橋脚を利用した潮流発電について, 海洋開発論文集, 第 巻,pp.-,. ) 海上保安庁 : 九州沿岸水路誌,p.,. ) 例えば, 第七管区海上保安本部 : 平戸瀬戸潮流観測報告書,p.,. ) ishida,h. : Improved tidal charts for the western part of the orth Pacific Ocean, Report of Hydraulic Researches, Vol., pp.-,. (cm/s) O O 分潮 K K 分潮 分潮 M M 分潮 順位 観測地点 島 潮流振幅の和 順位 観測地点 島 潮流振幅の和 牛ヶ首沖 平戸島. 早崎瀬戸 屋久島. 田ノ浦瀬戸 福江島. 来間 宮古島. 牛ヶ首沖 平戸島. 伊良部 宮古島. 大島海峡 奄美大島. 与路水道 与路島. 南風崎沖 平戸島. 屋久島 屋久島. 中通島東方 中通島. 入江 宮古島. 若松瀬戸 (t.) 若松島. 海士ヶ瀬戸 角島. 魚釣崎沖 針尾島. 若松瀬戸 (t.) 若松島. 奈留瀬戸 (t.) 奈留島. 早崎瀬戸 屋久島. 早崎沖 針尾島. 早崎瀬戸 屋久島. 牧崎沖 角島. 南竜崎沖 平戸島. 請島水道 請島. 西之表西方 種子島. 与路水道 与路島. 屋久島北方 屋久島. 呼子ノ瀬戸 寺島. 屋久島北方 屋久島. 滝河原瀬戸 (t.) 若松島. 猪ノ首鼻沖 針尾島. 図 - 九州周辺海域で観測された主要 分潮の潮流振幅の和 I_

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