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niqueの日記: 揚水発電 6

日記 by nique

原発事故や地震の影響で止まってる原発多いけど、それでもまだまだ日本には必要な電源。
なんとかやりくりしてほしい。
火力もそうだけど原発は発電し始めたら止めたり発電量を変えたりしにくいタイプの発電方式。
そのため昼間の需要ピークを想定した発電をしてると、夜間無駄に電気を作ることになる。
この無駄発電を溜め込んでウンヌンするのに適したのが揚水発電。(以上前置き)

で揚水発電。
基本的に水力発電所なので水がめが必要。しかも上と下に2つ。
上か下はわざわざ建設しなくていい場所を選ばないといけないから、どこにでも作れるわけじゃない。
水力発電所と同様、広い場所を使うので環境に対する影響も大きい。
なんとかならんか。

結局位置のエネルギーを電気に変えるしくみのうち、発電機構が簡単なのが水力発電。水車で発電機回すだけだしね。
この発電機構のとこ工夫すれば、必要な面積ちいさくできるんじゃね?

水より比重の大きい固体物を、電気が余ったときに上に持ち上げ、電気がほしいとき下におとす。
うまくやれば高層ビルみたいな発電所ででかいダムの水力発電所と同等の発電量を実現できないかな。
これが可能なら都会(の郊外)でも作れるから送電ロスもおさえられそう。
工場敷地に作れば、夜間電力で持ち上げて昼間の操業に利用できる。

問題は固体物が落ちるときのエネルギーをいかにゆっくり電気に変えるか。
小さい機構をたくさんつくると、持ち上げるときは全部まとめて、落すときは一つずつみたいな運用ができるかもだけど、故障の可能性が・・・。故障率0.01%でも1万機構あればつねにどれか故障してることになる。
でかいの1個だと発電量は大きいだろうけど、発電時間が短いってことになりそうだし。

時間切れなのでまた今度

この議論は、nique (17169)によって テキ禁止として作成されたが、今となっては 新たにコメントを付けることはできません。
  • http://ameblo.jp/saglasie/entry-10849944206.html [ameblo.jp]によると
    > 厳密には個々に異なると思いますが、延床面積10万平方メートルの超高層オフィスビルでは、1日あたり約4万kWhの電力が消費されるそうです。

    これを、日本を代表する、超高層ビル六本木ヒルズで考えると、延床面積は380,105平米で四倍。16万kWhとしましょう。
    そのうち、2時間分を蓄電するとして、1.3万kWh。1Wsが1Jだから、48GJ。

    六本木ヒルズの高さは238m。ま、荷重をどこまであげれるか&下ろせるかを考えて200m上下させる。24000t、水換算で24立米。

    延べ床380,105平米で60階ってことは平均6335平米。24000/6333だと3.7m。

    上下2階分使えば、体積としてはいけそうじゃないですか。あってるよね計算。

  • by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 2011年04月08日 16時25分 (#1933004) 日記

    どのぐらいの重さがいるんだろう?と気になったので何となく適当に試算.

    とりあえず,ビルが自分で昼間使う電力全てをまかなうと考える.
    調べてみたら,オフィスビルの消費電力は床面積1m^2あたりでだいたい30Wらしい.
    ということは,これを9時間駆動するためには30W*9hourでおよそ1MJぐらいのエネルギーが必要.
    1階の高さを4mとすると,M*9.8[m/s^2]*4[m]が1[MJ]だから(階が高くなると同じ重さで蓄えられるエネルギーが増えるが,使用する床面積も比例して増えるのでその効果はちょうどキャンセル),持ち上げておく必要がある重量は底面積1m^2あたり25トン.
    水でやるんなら,ビルの屋上にビルと同じ断面積で深さ25m(6階分ぐらい)の水槽を作って,そこに水をいっぱいに満たしておけばとりあえずビルが昼間に使う電力はまかなえそう.微妙に現実的なような無理があるような何とも言えない重量ですね.
    (ただし電力への変換効率100%換算の場合.実際はもっと低いんでその分を考慮する必要あり)

    ただ,構造的にかなり強度が必要になる気はします.頭でっかちなんで,バランスも悪そう.地震に耐えられないかも……

    • by nique (17169) on 2011年04月12日 15時39分 (#1935075) 日記

      建築物の強度については、あらかじめ設計段階で見込むのであれば高さ200m強程度の建物なら大丈夫だと思うんですが、どうなんでしょうか。スカイツリーの200mより上の部分の重量を想像すると・・・

      発電機構はやっぱり水が一番効率稼げるんですかね・・・
      水だとタンクの体積が。上は仕方ないにしても下にも同じサイズのタンクが必要になるのがコスト的にきびしいんじゃないでしょうか。
      鉄が使えれば1/8、鉛が使えれば1/11程度の体積で済みます。
      ただどうやれば効率よく発電できるかが思いつかないです・・・。

      親コメント
  • エレベーターのカウンターウエイトを水にして…って考えたけれど、
    カゴが登る(カウンターウエイトが降りる)時にないとダメだからダメか……

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  • by PuckWing (31909) on 2011年04月08日 17時57分 (#1933065) 日記

    エネルギー回収システム(マイクロ水力発電) [hitachi.co.jp]っていうのがあるらしいです。
    よく田んぼの用水に設置してある水路発電機 [s-hokuriku.com]のビル版。発電効率はカタログスペックで,60%というのだから侮れません。

    とはいえ位置エネルギーを蓄える水は大量に必要のようで、設計では大規模ビルの冷房や工場の水を想定しているようです。

    phason 氏のオフィスビル消費電力1m^2あたり30Wを参考に計算すると

    EBS-F125 だと 35 m の高低差 2.8 m^3 / min の水量で 発電システム1発電単位あたり 9000W の発電量が見込める。
    計画停電が予測される3時間を耐えるとして、1発電単位あたり 180 min * 2.8 m^3/min = 504 m^3 の水が必要となる。

    35m = 9階建 として,1m^2 の建物延べ面積は 9 m^2 で電力消費量は 270W。
    9000W / 270W = 33 により1発電単位あたり 建床面積 33m^2 の 9 階分に電力が供給可能である。

    したがって、504 m^3 の水量を 33 m^2 で割ってやると 1m^2 あたり15m の高さのタンクが必要という計算。
    15m = 約4階ということは、階の上に9階の上に4階分のタンク。
    ちょっと構造的に辛そうです。

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