本 日 の 内 容 イントロ : CAES( 圧 縮 空 気 貯 蔵 ) 発 電 とは? 水 封 式 CAES 技 術 のご 紹 介 : 電 中 研 で2002 年 までに 実 施 してきた 研 究 成 果 の 概 要 電 力 貯 蔵 技 術 への 応 用 ( 展 望 ) 2

水 封 式 圧 縮 空 気 貯 蔵 (CAES) 技 術 と 電 力 貯 蔵 への 応 用 の 展 望 2011/12/10 電 力 中 央 研 究 所 末 永 弘 1

本 日 の 内 容 イントロ : CAES( 圧 縮 空 気 貯 蔵 ) 発 電 とは? 水 封 式 CAES 技 術 のご 紹 介 : 電 中 研 で2002 年 までに 実 施 してきた 研 究 成 果 の 概 要 電 力 貯 蔵 技 術 への 応 用 ( 展 望 ) 2

イントロ:CAES( 圧 縮 空 気 貯 蔵 ) 発 電 とは? 3

CAES:ピークシェービングとしての 役 割 CAES:Compressed Air Energy Storage 貯 蔵 用 電 力 CAES CAES 発 電 4 資 源 エネルギー 庁 原 子 力 2010 に 加 筆

CAESシステムの 概 略 図 排 気 タービン 燃 焼 器 ベース 用 発 電 施 設 ( 原 子 力 / 火 力 ) 発 電 深 夜 電 力 空 気 クラッチ クラッチ 発 電 機 空 気 圧 縮 機 電 動 機 燃 料 冷 却 器 再 生 加 熱 器 ピーク 時 オフピーク 時 空 気 貯 槽 内 山 (1997)を 基 に 作 製 5

ガスタービン 発 電 とCAES 方 式 発 電 の 比 較 燃 料 1kWh 圧 縮 空 気 コンプレッサー 燃 焼 機 ガスタービン 普 通 の ガスタービン 発 電 電 気 0.3kWh 燃 料 1kWh 圧 縮 空 気 貯 槽 燃 焼 機 ガ ス タ ー ビ ン コンプレッサー 電 気 0.8kW h 電 気 0.6kW h CAES システム による 発 電 同 量 の 燃 料 に 対 する 発 電 量 が 大 きくなる 6

CAES( 圧 縮 空 気 貯 蔵 ) 発 電 の 概 念 圧 縮 空 気 貯 蔵 発 電 :ガスタービン 発 電 に 必 要 な 高 圧 空 気 を 夜 間 オフピーク 時 の 安 価 な 電 気 で 製 造 し, 岩 盤 に 掘 削 された 地 下 空 洞 に 一 時 的 に 貯 蔵 し, 昼 間 に 発 電 に 利 用 するもの 7

岩 盤 におけるCAESの 貯 蔵 方 式 気 密 方 法 長 所 課 題 ライニング 深 度 に 制 限 なし ライニングコスト 岩 盤 の 気 密 性 深 度 に 制 限 なし サイティング 覆 工 コスト 不 要 水 封 覆 工 コスト 不 要 水 封 機 能 の 実 証 サイティング ライニング 岩 盤 の 気 密 性 水 封 8

水 封 式 CAES 地 下 貯 槽 の 設 置 イメージ 地 下 300~600mに3~6MPaの 圧 縮 空 気 を 貯 蔵 する 9

水 封 式 CAES 技 術 : 現 場 実 験 の 成 果 10

電 中 研 における 水 封 式 CAES 研 究 プロジェクト プロジェクト 期 間 :1987 ~2002 年 ( 水 封 式 圧 縮 空 気 貯 蔵 実 証 実 験 は 第 3フェーズ, 1998~2002 年 ) 目 的 1) トンネル 形 式 での 圧 縮 空 気 貯 蔵 の 実 証 ( 岩 盤 特 性 の 不 均 一 の 影 響 評 価 ) 2) 漏 気 挙 動 の 把 握 ( 限 界 圧 以 上 の 空 気 の 漏 洩 評 価 ) 3) 貯 槽 空 洞 周 辺 での 地 下 水 挙 動 の 把 握 ( 岩 盤 地 下 水 挙 動 評 価 ) 研 究 項 目 ( 第 1フェーズ:フィージビリティ 調 査 ) 技 術 課 題 の 抽 出 電 力 貯 蔵 技 術 の 経 済 性 評 価 ( 第 2フェーズ: 基 本 特 性 の 解 明 ) 水 封 機 能 の 解 明 深 部 軟 岩 の 力 学 特 性 の 解 明 軟 岩 貯 槽 方 式 の 検 討 CAESシステムの 効 率 と 経 済 性 向 上 地 下 貯 槽 調 査 評 価 技 術 岩 盤 気 密 特 性 の 検 討 堆 積 岩 における 水 封 機 能 の 解 明 シャンペン 現 象 の 解 明 ( 第 3フェーズ: 水 封 式 地 下 貯 蔵 技 術 の 実 証 ) 既 設 CAES 発 電 所 の 実 態 調 査 CAES 発 電 導 入 効 果 の 検 討 実 証 のための 水 封 式 貯 蔵 実 験 合 理 的 な 人 工 水 封 方 式 の 開 発 長 期 地 下 水 挙 動 の 把 握 岩 盤 漏 気 挙 動 の 評 価 年 度 -87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 01 02 貯 蔵 方 式 の 比 較 発 電 コスト の 評 価 粋 風 実 験 ( 花 崗 岩 金 剛 地 点 ) 軟 岩 物 性 ( 袖 ヶ 浦 地 点 ) 鋼 管 シャフト 方 式 の 提 案 素 掘 空 洞 貯 蔵 実 験 ( 神 岡 地 点 ) ACC-CAESの 技 術 開 発 貯 槽 建 設 指 針 素 案 の 検 討 水 封 実 験 ( 堆 積 岩 小 倉 地 点 ) シャンペン 模 型 実 験 と 解 析 (その 他 ) 新 型 負 荷 平 準 化 電 源 の 環 境 影 響 評 価 環 境 影 響 評 価 手 法 11

実 験 現 場 の 概 要 - 現 場 の 所 在 地 - 岐 阜 県 飛 騨 市 にある 神 岡 鉱 山 現 場 の 地 質 : 飛 騨 変 成 岩 類 の 片 麻 岩 類, 一 部 安 山 岩 が 貫 入 付 近 に 跡 津 川 断 層 が 存 在 ( 実 験 現 場 への 直 接 の 影 響 はない) 跡 津 川 日 本 海 糸 魚 川 黒 部 新 潟 県 北 陸 本 線 富 山 黒 部 I.C. 金 沢 富 山 I.C. 猪 谷 富 山 県 長 野 県 石 川 県 高 山 本 線 神 岡 鉄 道 神 岡 鉱 山 福 井 福 井 県 岐 阜 県 高 山 国 道 41 号 線 12 片 麻 岩 : 試 験 空 洞 の 掘 削 切 羽

実 験 現 場 の 概 要 - 実 験 サイト 概 要 - 地 下 水 面 下 約 180mに 掘 削 された 空 洞 ( 地 山 被 り 約 450m )に 約 1.9MPaの 圧 縮 空 気 を 貯 蔵 水 封 ( 地 下 水 圧 で 空 気 の 漏 洩 を 防 ぐ 方 法 )の 実 証 を 目 的 とした 実 験 実 験 用 空 洞 の 形 状 : 坑 口 より16m 平 坦 部 +20m 斜 坑 部 +15m 平 坦 部 空 洞 からの 空 気 の 漏 洩 を 防 止 する 構 造 坑 口 ~ 切 羽 を 望 む 河 川 約 180m 神 岡 鉱 山 跡 津 精 密 坑 道 ( 下 部 坑 道, 水 没 ) 想 定 地 下 水 位 面 プラグ 上 部 坑 道 ( 排 水 ) 坑 口 水 圧 切 羽 地 山 被 り 約 450m プラグ 部 の 鉄 筋 既 設 坑 道 実 験 用 空 洞 ( 新 設 ) 空 洞 拡 大 図 13

試 験 空 洞 周 辺 の 割 れ 目 分 布 試 験 空 洞 には10 本 の 連 続 性 のある 割 れ 目 が 存 在 近 傍 のボーリング 孔 における 開 口 割 れ 目 のうち 数 本 は 実 験 空 洞 へ 連 続 す ると 推 定 ここが 主 な 透 水 透 気 箇 所 になると 考 えられた 14

約 35m 実 験 の 概 要 水 圧 =1.9MPa 排 水 と 同 時 に 空 気 注 入 ( 内 圧 1.7 MPa) 空 気 配 管 (a) 基 準 圧 (b) 空 気 置 換 約 31m 水 圧 =1.9MPa 水 圧 =1.9MPa 空 洞 内 圧 1.9-α MPa 空 洞 内 圧 1.9+α MPa (c) 透 水 試 験 (d) 透 気 試 験 空 洞 長 さ:プラグまでの 全 長 = 約 35m, 空 気 室 の 全 長 = 約 31m 基 準 圧 : 地 下 水 圧 と 平 衡 となる 空 気 圧 を 測 定 透 水 試 験 : 空 洞 内 圧 を 周 辺 地 下 水 圧 より 小 さくして 湧 水 量 を 測 定 透 気 試 験 : 空 洞 内 圧 を 地 下 水 圧 以 上 として 漏 水 漏 気 量 を 測 定 15

計 測 項 目 1 - 気 体 注 入 量, 給 水 排 水 量 ( 地 上 ~ 空 洞 への 配 管 )- 16

計 測 項 目 2 - 空 洞 内 ( 圧 力, 水 位, 温 度 )- 圧 力 気 圧 はPI-03~05の 計 測 値 の 平 均, 水 圧 はPI-02の 計 測 値 水 位 空 洞 全 体 の 水 位 変 化 はLI- 01,02の 計 測 値 の 平 均, 制 御 水 位 (EL183.288m) 周 辺 の 高 精 度 な 水 位 変 化 はLI-03,04の 計 測 値 の 平 均 圧 力 計 温 度 水 温 はTI-01,02の 計 測 値 の 平 均, 気 温 はTI-03~06,08~ 12の 計 測 値 の 平 均 温 度 計 圧 力 計 水 位 計 温 度 計 P I - 03 ~ 05 P I - 0 2 T I - 0 1, 0 2 L I - 0 3, 0 4 T I - 0 3 ~ 0 7 T I - 0 8 ~ 1 2 P I - 0 1 L I - 0 1, 0 2 17

西 C2 孔, 15m 鉛 直 上 向 き C1 孔, 15m 下 向 き -1 C 断 面 C2-4 C2-3 C2-2 C2-1 C1-2 C1-3 C1-1 C3-1 C3-2 C3-3 計 測 項 目 3 - 空 洞 外 ( 間 隙 水 圧 計 )- A1,A2 孔 : 地 下 水 位 のある 坑 道 から 空 洞 を 挟 むように 掘 削 B1,B2 孔 : 空 洞 の 近 傍 を 上 下 に 挟 むように 掘 削 C1~3,D1~3 孔 : 空 洞 の 長 軸 方 向 に 直 交 するC,D 断 面 ( 離 間 距 離 15m)に 掘 削 10m 南 北 C3 孔, 15m 下 向 き -1 西 東 D2 孔, 15m 鉛 直 上 向 き D1 孔, 15m 下 向 き -1 間 隙 水 圧 計 パッカー D2-4 D2-3 D2-2 D2-1 10m D1-2 D1-3 D1-1 D3-1 D3-2 D3-3 D 断 面 東 A2-3 A2-4 D3 孔, 15m 下 向 き -1 A2-5 A2 孔,253m 下 向 き-55 上 部 坑 道 A2 孔 内 水 位 A2-2 A2-1 10m A1 孔,203m 鉛 直 下 向 き A1 孔 内 水 位 標 高 差 約 180m A1-1 A1-2 A1-3 A1-4 A1-5 C3 孔 C2 孔 B2-1 B2-4 B2-5 B2-3 B2-2 B2 孔, 50m 上 向 き +13 B1-1 B1-2 B1-3 B1-4 CAES 実 験 用 空 洞 10m B1 孔, 80m 下 向 き -1 設 置 パッカー 18

計 測 データ1 - 空 洞 内 圧 力 変 化 - 基 準 圧 (1),(2): 空 洞 内 圧 と 地 下 水 圧 が 平 衡 する 時 の 空 洞 内 圧 を 計 測 ( 基 準 圧 =1.873MPaであった) 透 水 (1),(2): 基 準 圧 より 小 さい 空 洞 内 圧 で 湧 水 量 を 測 定, 空 洞 が 水 飽 和 時 ( 透 水 (1)), 一 度 透 気 試 験 を 履 歴 した 不 飽 和 時 ( 透 水 (2))に 実 施 透 気 (1)~(3): 基 準 圧 以 上 の 空 洞 内 圧 で 空 気 漏 洩 量 を 測 定, 所 定 の 空 洞 内 圧 に 到 達 したあと シャットイン( 空 洞 への 気 体 の 供 給 を 停 止 )する 方 法 を 採 用 定 圧 漏 気 (1),(2), 定 流 量 漏 気 : 基 準 圧 より 大 きい 一 定 の 圧 力 または 一 定 の 流 量 で 空 洞 内 を 制 御 し, 空 気 漏 洩 量 を 測 定. 空 洞 内 圧 (MPa,abs) 2.2 2.1 2 1.9 1.8 1.7 1.6 基 準 圧 (1) 9/3~9/5 ave. 1.873 透 水 (1) 9/14~9/21 max. 1.827 min. 1.679 透 気 (1) 9/21~10/8 max. 2.076 min. 1.861 透 水 (2) 10/8~10/12 max. 1.824 min.1.681 透 気 (2) 10/12~10/23 max. 1.980 min. 1.842 定 圧 漏 気 (1) 10/23~10/30 ave. 1.968 基 準 圧 (2) 12/7~12/12 ave. 1.879 透 気 (3) 11/28~12/7 max. 1.902 min. 1.842 空 洞 内 水 位 低 下 1.5 9/1 9/11 9/21 10/1 10/11 10/21 10/31 11/10 11/20 11/30 12/10 19 日 付 (2001 年 ) 回 復 定 圧 漏 気 (2) 11/6~11/13 ave. 1.894 定 流 量 漏 気 11/15~11/25 ave. 2.067

計 測 データ2 - 空 洞 内 温 度 変 化 - 基 準 圧 (2)を 除 き 各 試 験 中 では 気 温, 水 温 とも1 以 内 の 変 動 1 程 度 の 変 動 であれば, 水, 空 気 の 密 度 は 大 きく 変 動 しないため, 後 述 する 気 液 二 相 流 解 析 では, 温 度 を 一 定 と 仮 定 した 20 温 度 ( ) 19 18 17 16 15 14 13 12 11 基 準 圧 (1) 9/3~9/5 透 水 (1) 9/14~9/21 空 洞 内 水 位 低 下 透 気 (1) 9/21~10/8 透 水 (2) 10/8~10/12 透 気 (2) 10/12~10/23 定 圧 漏 気 (1) 10/23~10/30 回 復 定 圧 漏 気 (2) 11/6~11/13 気 温 水 温 定 流 量 漏 気 11/15~11/25 透 気 (3) 11/28~12/7 基 準 圧 (2) 12/7~12/12 10 9/1 9/11 9/21 10/1 10/11 10/21 10/31 11/10 11/20 11/30 12/10 日 付 (2001 年 ) 20

計 測 データ3 - 空 洞 内 水 位 変 化 - 各 試 験 期 間 中 水 位 はほぼ 一 定 基 準 圧 測 定 時 はEL186.2m, 透 水 透 気 試 験 時 はEL183.3mであった. 187 186 185 空 洞 全 体 水 位 (LI-01,02) 水 位 (m) 184 183 制 御 水 位 (LI-03,04) 182 基 準 圧 (1) 9/3~9/5 透 水 (1) 9/14~9/21 透 気 (1) 9/21~10/8 透 気 (2) 10/12~10/23 回 復 定 流 量 漏 気 11/15~11/25 透 気 (3) 11/28~12/7 181 空 洞 内 水 位 低 下 透 水 (2) 10/8~10/12 定 圧 漏 気 (1) 10/23~10/30 定 圧 漏 気 (2) 11/6~11/13 基 準 圧 (2) 12/7~12/12 180 9/1 9/11 9/21 10/1 10/11 10/21 10/31 11/10 11/20 11/30 12/10 日 付 (2001 年 ) 21

間 隙 水 圧 変 化 例 (B 孔 ) 空 洞 全 水 頭 (m) 400 390 380 370 360 基 準 圧 (1) 9/3~9/5 空 洞 内 水 位 低 下 透 水 (1) 9/14~9/21 透 気 (1) 9/21~10/8 空 洞 内 圧 透 気 (2) 10/12~10/23 透 水 (2) 10/8~10/12 定 圧 漏 気 (1) 10/23~10/30 回 復 定 圧 漏 気 (2) 11/6~11/13 定 流 量 漏 気 11/15~11/25 B1-3 B1-2 透 気 (3) 11/28~12/7 基 準 圧 (2) 12/7~12/12 376 374 372 370 368 B1 孔 全 水 頭 (m) 350 B1-4 366 全 水 頭 = センサ 標 高 + センサ 指 示 値 の 水 頭 換 算 値 340 330 9/1 9/11 9/21 10/1 10/11 10/21 10/31 11/10 11/20 11/30 12/10 400 基 準 圧 (1) 透 水 (1) 透 気 (1) 透 気 日 (2) 付 (2001 年 ) 定 流 量 漏 気 透 気 (3) 9/3~9/5 9/14~9/21 9/21~10/8 10/12~10/23 回 復 11/15~11/25 11/28~12/7 390 380 空 洞 内 水 位 低 下 透 水 (2) 定 圧 漏 気 (1) 定 圧 漏 気 (2) 空 洞 内 圧 10/8~10/12 10/23~10/30 11/6~11/13 B2-1 基 準 圧 (2) 12/7~12/12 364 362 400 392 384 B1-1, B2-5は 測 定 不 能 空 洞 全 水 頭 (m) 370 360 350 B2-3 B2-2 B2-4 376 368 360 B2 孔 全 水 頭 (m) 340 352 330 344 9/1 9/11 9/21 10/1 10/11 10/21 10/31 11/10 11/20 11/30 12/10 22 日 付 (2001 年 )

実 験 結 果 1( 間 隙 水 圧 変 化 ) 漏 気 前 には 空 洞 周 辺 の 全 水 頭 が 概 ね 同 様 の 値 漏 気 後 は, 空 洞 上 部 への 漏 気 にともない10~15m 程 度 の 圧 力 上 昇 23

湧 水 量 (litre/min) 3 2 1 実 験 結 果 2( 透 水 試 験 結 果 ) 湧 透 水 試 (1) 験 (1) 限 透 界 気 圧 (1) /( 漏 段 気 階 試 昇 験 圧 時 (1) ) ( 段 階 昇 圧 時 ) 限 透 界 気 圧 (1) /(シャットイン 漏 気 試 験 (1) 後 (シャットイン ) 放 置 時 ) 湧 透 水 試 (2) 験 (2) 透 気 (2) ( 段 階 昇 圧 時 ) 限 界 圧 / 漏 気 試 験 (2) ( 段 階 昇 圧 時 ) 透 気 (2) (シャットイン 後 ) 定 圧 漏 気 試 験 (1) (1) 回 復 試 験 定 圧 漏 気 試 験 (2) 定 流 量 漏 気 試 験 超 透 不 気 飽 (3) 和 限 界 圧 試 験 0-1 空 洞 圧 力 を 下 げると 湧 水 量 が 増 大 する 漏 気 時 には, 空 洞 外 部 へ 漏 水 が 生 じる 透 水 (2)では 透 水 (1)よりも 傾 きが 小 さい 不 飽 和? 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 圧 力 (kgf/cm 2 abs) 24

漏 気 量 (SLM) 500 400 300 200 実 験 結 果 3( 透 気 試 験 結 果 ) 限 透 界 気 圧 (1) /( 漏 段 気 階 試 昇 験 圧 (1) 時 () 段 階 昇 圧 時 ) 限 透 界 気 圧 (1) /(シャットイン 漏 気 試 験 (1) 後 (シャットイン ) 放 置 時 ) 限 透 界 気 圧 (2) /( 漏 段 気 階 試 昇 験 圧 (2) 時 () 段 階 昇 圧 時 ) 定 圧 漏 気 試 験 (1) (1) 定 圧 漏 気 試 験 (2) (2) 定 流 量 漏 気 試 験 験 (コンプレッサー 運 転 時 )) 定 流 量 漏 気 試 験 験 (シャットイン 放 置 後 時 ) ) 超 透 不 気 飽 (3) 和 限 界 圧 試 験 100 0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 圧 力 (kgf/cm 2 abs) 基 準 圧 (19kgf/cm 2 程 度 )までは 漏 気 なし 水 封 機 能 が 成 立 圧 力 を 上 げると 漏 気 量 増 大. 漏 気 を 続 けると 漏 気 量 がさらに 増 大 ( ). 25

気 液 二 相 流 解 析 の 概 要 現 場 実 験 結 果 を 再 現 し 得 る 二 相 流 特 性 を 評 価 することを 目 的 として, 気 液 二 相 流 解 析 を 実 施 した. [ 気 液 二 相 流 解 析 の 支 配 方 程 式 ] 水 相 ( 添 字 w): w ws K: 絶 対 浸 透 率,k r : 相 対 浸 透 率,μ: 粘 度, µ wbw t Bw B: 容 積 係 数,Φ:ポテンシャル,q: 注 入 流 量 φ: 間 隙 率,S: 飽 和 率 気 相 ( 添 字 g) : Kk Kk rw Φ [ 気 液 二 相 流 解 析 の 解 析 グリッド] x 方 向 451m(39グリッド) y 方 向 201.6m(11グリッド) z 方 向 303.2m(22グリッド) 合 計 9438グリッド g rg µ B g Φ g q q gs = = t φs φs B g w g 451m 201.6m 303.2m 300 空 洞 から 40~50m 250 離 れた A1 孔 の 200 圧 力 分 布 (ほぼ 静 水 圧 ) 標 高 (m) 150 9/21 12:00 10/5 6:00 11/15 6:00 12/7 6:00 0.5 1 1.5 2 圧 力 (MPa) 26

気 液 二 相 流 解 析 の 概 要 - 初 期 条 件, 境 界 条 件,K,φ- [ 初 期 条 件 ] 静 水 圧 分 布 [ 境 界 条 件 ] グリッドの 上 面 = 地 下 水 位, 側 面 = 静 水 圧 分 布 : 一 定 圧 力 境 界 グリッドの 下 面 : 不 透 水 境 界 ( 下 図 :グリッドの 空 洞 を 含 むxz 断 面, 右 下 図 :yz 断 面 図 ) 境 界 条 件 のうち, 空 洞 部 は 現 場 試 験 を 実 施 した 全 期 間 において 計 測 された1 時 間 毎 の 空 洞 内 圧 変 動 を 与 える( 右 図 ) 解 析 は2001/9/21 12:00を 時 刻 0として 実 施 した. [ 絶 対 浸 透 率 K, 間 隙 率 φ] 現 場 評 価 結 果 に 基 づきK=8.19 10-15 m 2,φ=0.2% 実 験 空 洞 内 圧 P (MPa, abs) 2.2 2.1 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 実 験 における 圧 力 ステップ 解 析 における 圧 力 ステップ 9/1 9/21 10/11 10/31 11/20 12/10 日 付 空 洞 27

二 相 流 特 性 (P c,k r ) Brooks&Corey (Corey(1954))による 有 効 浸 透 率 S * とP c の 関 係 S Mualem(1976)による 気 相 相 対 浸 透 率 k rg とS * の 関 係 k rg = 1 S * w 1 S * w 1 0 2 dx h( x) dx h( x) 1 * ( S ) λ λ * S w Swir Pth = = w Pc = Pth w Swmax Swir Pc S w : 飽 和 率,S gir : 不 動 水 飽 和 率,S wmax : 最 大 飽 和 率,P th :スレッショルド 圧,λ: 定 数 上 述 のBrooks&CoreyとMualemをそれぞれ 組 み 合 わせ, 二 相 流 モデルを 構 築 する(Dury et al.(1999)) 1 2 * 1 ( ) * 2 + k = 1 S 1 S λ * 2.5+ k ( ) λ rw S rg w w = w 28

パラメータフィッティング 方 法 各 モデルごとのパラメータ(P th,λ)を 変 化 させて, 透 気 (1)~ 透 気 (3)の 期 間 を 対 象 としたシミュレーショ ンを 実 施 する. シミュレーション 開 始 の 時 刻 (2001/9/21 12:00 )を 基 準 にして, 経 過 時 間 ごとの 圧 力 変 動 に 基 づいた 漏 気 量 ( 計 算 値 )を 算 出 する. 現 場 において 測 定 された 漏 気 量 の 実 測 値 ( 下 図 )と 計 算 値 との 比 較 を 行 うことにより, 実 測 値 を 再 現 可 能 なパラメータを 求 める 16000 14000 標 準 状 態 における 累 積 漏 気 量 (m 3 ) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 経 過 時 間 (hours) 29

パラメータフィッティングで 得 られた 二 相 流 モデル 1 1 相 対 浸 透 率 は,k rg に ついては 上 に 凸 のプ ロファイルとなり,k rw についてはS w >0.9で, S w の 増 加 に 伴 い 急 激 に 増 加 するプロファイ ルとなる. P c については,S w が 1.0から 減 少 すると 急 激 に 上 昇 するプロファ イルとなることが 分 か る. kr 0.8 0.6 0.2 0 kr 0.4 1 0.5 k rg k rg k rw 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 S w k rw Pc (MPa) Pc (MPa) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 S w 上 段 : 全 体 図, 下 段 : 拡 大 図 0 0.9 0.95 1 S w 0 0.9 0.95 30 1 S w

パラメータフィッティング 結 果 P th =2kPa(0.002MPa),λ=0.004とした 場 合, 概 ね 実 測 値 を 再 現 する. 標 準 状 態 における 漏 気 量 (L/min) 600 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 15000 累 積 漏 気 量 (Nm 3 ) 10000 5000 0 0 500 1000 1500 2000 31 経 過 時 間 (hours)

気 液 二 相 流 解 析 結 果 例 : 飽 和 率 分 布 空 洞 直 上 部 ( 周 辺 )を 主 として1~2% 程 度 の 飽 和 率 の 低 下 が 見 られる 2.1 空 洞 内 圧, 間 隙 水 圧 (MPa) 2 1.9 1.8 1.7 1.6 9/14 9/24 10/4 10/14 10/24 11/3 11/13 11/23 12/3 12/13 日 付 32

現 場 実 験 結 果 まとめ [ 実 験 結 果 ] 貯 槽 空 洞 から 漏 気 した 場 合, 空 洞 上 部 の 間 隙 水 圧 が10~15m 程 度 上 昇 する. 空 洞 内 圧 を 周 辺 間 隙 水 圧 より 小 さくすると 湧 水 が 生 じた. 一 旦 漏 気 した 後 に 再 び 湧 水 させ た 場 合, 湧 水 量 の 減 少 が 見 られた. 空 洞 内 圧 を 周 辺 間 隙 水 圧 より 大 きくすると 漏 気 が 生 じた. 漏 気 後, 空 洞 内 圧 を 低 下 させて 再 度 上 昇 すると 同 じ 漏 気 開 始 圧 となり, 水 封 機 能 の 復 元 性 が 確 認 できた. 今 回 の 現 場 実 験 により,トンネル 形 式 の 貯 槽 において 水 封 方 式 による 高 圧 空 気 貯 蔵 の 可 能 性 が 実 証 できた. [ 二 相 流 特 性 の 同 定 ] 実 験 で 計 測 された 漏 気 量 を 再 現 する 二 相 流 特 性 を 求 めるため, 二 相 流 解 析 を 実 施 した. この 結 果, 相 対 浸 透 率 は,k rg については 上 に 凸 のプロファイルとなり,k rw については S w >0.9で,S w の 増 加 に 伴 い 急 激 に 増 加 するプロファイルとなることが 分 かった. P c については,S w が1.0から 減 少 すると 急 激 に 上 昇 するプロファイルとなることが 分 かった. 33

電 力 貯 蔵 技 術 への 応 用 ( 展 望 ) 34

従 来 になかった 電 力 貯 蔵 へのニーズ 3.11の 東 日 本 大 震 災 により, 国 電 気 事 業 で 進 められてきた 原 子 力 発 電 および 燃 料 の 再 処 理 は, 既 定 の 方 針 とできなくなりつつある これに 代 替 しうる 可 能 性 のある 火 力 発 電 についても, 資 源 の 有 限 性, 海 外 依 存 性 を 考 慮 すると, 恒 久 的 に 依 拠 することができなくなるものと 考 えられる 太 陽 光, 風 力 など 再 生 可 能 エネルギーを 組 み 合 わせることにより 不 足 するエネルギー を 補 う 必 要 性 が 今 後 増 すと 想 定 される 再 生 可 能 エネルギーの 問 題 点 として, 時 間 軸 でみた 場 合 の 供 給 の 不 安 定 性 が 挙 げら れる この 不 安 定 性 を 解 消 するためには,エネルギー 需 給 バランスを 考 慮 し, 必 要 に 応 じて 供 給 量 を 調 整 することが 可 能 な, 大 規 模 電 力 貯 蔵 技 術 を 開 発 する 必 要 がある 従 来 のピークシェービングとしての 役 割 以 外 に, 再 生 可 能 エネルギーを 用 いた 場 合 の 系 統 運 用 の 負 荷 軽 減 の 役 割 を 目 指 す 35

再 生 可 能 エネルギーの 出 力 と 電 力 需 要 の 関 係 太 陽 光 晴 天 時 発 電 出 力 発 電 出 力 一 日 中 風 が 強 い 朝 方 は 穏 やか 雨 天 時 風 力 このまま 系 統 に 繋 ぐのは 困 難 資 源 エネルギー 庁 原 子 力 2010 ( 再 掲 ) 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 時 刻 36

電 力 貯 蔵 システムとしてのCAESを 用 いた 系 統 運 用 太 陽 光 発 電 風 力 発 電 太 陽 光 系 統 へ 発 電 出 力 発 電 出 力 圧 縮 機 圧 縮 空 気 の 貯 蔵 ガス タービン 圧 縮 空 気 の 排 出 風 力 圧 縮 空 気 貯 蔵 タンク 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 時 刻 太 陽 光 風 力 等 再 生 可 能 エネルギーで 発 電 されたエネルギーを 用 いて, 圧 縮 空 気 を 37 一 旦 岩 盤 内 に 貯 蔵 し, 需 要 に 合 わせて 発 電 し, 系 統 に 繋 ぐ.

電 力 貯 蔵 技 術 の 比 較 ( 内 山,1997) 3.11 以 降 の 状 況 に 鑑 み, 技 術 の 信 頼 性 やリスクを 踏 まえ, 再 評 価 する 必 要 性 あり 38

外 国 での 電 力 貯 蔵 のためのCAES 事 例 NYSEG(New York State Electric and Gas)により,New York 州 郊 外 (Reading, Schuyler County)でCAESを 実 施 した 場 合 のFSを2011 年 4 月 より 開 始 ( https://www.nyseg.com/ourcompany/news/2011/040511caes.html ) 出 典 : 右 上 図 : http://www.greenoptimistic.com/2010/03/18/compressed-air-energy-storage-plant/ 左 図 : Googleマップ 39

電 力 貯 蔵 技 術 としてのCAES-まとめと 今 後 の 展 開 [CAESの 展 望 ] これまでは,CAESは 主 に 電 力 需 要 に 対 するピークシェービングとしての 役 割 として 考 えら れてきた. しかしながら,3.11を 経 て, 原 子 力 に 対 する 考 え 方 の 変 化 から, 再 生 可 能 エネルギーへ の 比 重 を 大 きくしていく 機 運 が 高 まりつつある. 再 生 可 能 エネルギー 導 入 のためにはどうしても 電 力 貯 蔵 技 術 が 必 要 となり, 大 規 模 な 貯 蔵 を 考 えるとCAESの 需 要 が 今 後 見 込 まれる. [ 今 後 の 課 題 ] 大 規 模 電 力 貯 蔵 としてのCAESの 成 立 性 評 価 ( 適 正 規 模, 経 済 性,etc). 立 地 可 能 性 : 水 封 ( or 岩 盤 気 密 or ライニング)に 適 した 岩 盤 の 立 地 調 査 気 密 性 確 保 に 関 する 評 価. 地 下 岩 盤 への 圧 縮 空 気 貯 蔵 にともなう 環 境 影 響 評 価. 40