潜水艦式発電 補足

 
<訂正> 計算ミスにより、一部数値訂正 2011/7/1


さて、この潜水艦式発電機。

潜水艦式発電1

日本の造船メーカーなら、1週間で試作機ができるだろう。
構造は極めてシンプル。

おそらく、1基あたり数十万円でできる。
量産化すれば、さらに安くなる。

何しろ、部品数数万点の軽乗用車でさえ、ベーシックなものなら数十万円でできるのだ。
1000基作っても、数億円のレベル。

あとは、プールとトンネルと、変電施設。
土地代を除けば、すべてを作っても、十数億円もあれば十分足りるだろう。


仮に1基当たり2m×2m×5m程度の大きさだとすると、100m×100mの土地に2500基配置できる。
浮力調整室の容積は、1m2あたり1m3とする。
5万kWの設備だ。

日本の臨海地域には、結構たくさん遊休地がある。
製鉄会社や化学会社など、重化学工業の会社が保有している。


仮に1kW当たり15円で売るとする。
5万kWでは75万円。
1時間当たりだ。

年間66億円の売り上げとなる。
点検等、稼働率80%としても53億円。

初期投資(十数億円)は、2~3ヶ月で回収でき、あとは大半が利益となる。
何しろ、燃料代はかからない。


小口(個人)での発電も可能。
田舎なら、わざわざ縦穴を掘らなくても、比較的急な斜面なら、そのまま設置できる。

10基1時間当たりで、200kW。
これだけで、一般家庭の半月分くらいに相当する。

年間2000万円。
働かなくても、裕福な生活が送れそう。

なんか、自分で始めたくなってきた。 (笑)



まぁ、でもこんな話は、電力業界や銀行その他から、嫌がらせをされそうです。
バックには、湯田屋がいます。

ライバルになりそうな代替エネルギー関連の研究を潰します。
そして独占しておいて、そんな代替エネルギーはないというのが、常套手段です。

 
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こんなイメージ

 
ははっ、潜水艦式発電機。
本邦初公開。

こんなイメージです。 (笑)
(下手な絵ですが)

もうちょっと細長い方がよいかも。
筒状の本体の周囲に、プロペラとモーターを配置する。

小型のプロペラをたくさんつけた方が、たぶん発電効率はよくなるはず。
プロペラ内以外は、極力水が流れないようにする。

プール内を丸いトンネル状に仕切っておき、これを浮上・沈降させる。


潜水艦式発電1

潜水艦というより、魚雷に近いかも。 (笑)

 

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潜水艦式発電

 
潜水艦式発電です。

どのくらいの発電量になるか、ちょっと試算してみました。
まぁ、合っているかどうか、保証しませんが。 (笑)

米原潜


100mの深さのプールを作ります。
1m×1m×1mの立方体を作り、水を入れて、それをプールの底に沈めたとします。

そして、この空間に空気を入れ、水を追い出す。
その瞬間から、浮力が発生します。
液体空気または圧縮空気(ボンベ)を利用します。

このとき、この立方体の上には、100m3=100t=100000kgの重さの水が載っています。
つまり、100tの水を1m持ち上げたのと同じ仕事量を、位置エネルギーとして獲得したことになります。

位置エネルギーWの大きさは、W=mgh
=100000×9.8*1≒1*10^6J=1MJ

この仕事量は、浮上時も沈降時も同じのはず。

片道に3分、1時間で20往復したとする。
すると1時間あたりの仕事量は、20MJ。

これを次式から電力に置き換えると、
・キロワット時:1 kWh(kW・h) = 860.0 kcal = 3.6 MJ(メガジュール)

20/3.6=5.6kWh
つまり、1時間に5.6kWの電力量となる。

一般的な水力発電の発電効率を87%程度とすると、4.8kWhとなる。
つまり、1m2当たり、概ね5kW発電できることになる。

水力発電


スケールアップして、100m×100mの面積で、深さ100mのプールで同じことをする。
すると5×100×100=50000kW=5万kW

ただし実際には、水の動きが閉鎖系ではないので、発電効率は、水力発電よりは悪いかとは思うが、こんなことは技術の進歩で解消するもの。
プールを仕切って、プロペラ以外に水が流れないような、潜水艦の構造にするのがポイントだろう。
そうすれば、水力発電に近い発電効率になる。


この立方体が、潜水艦の浮力調整室に相当する。
もちろん、その広さ(容積)は任意に設計できる。

2倍(2m3)にすれば、位置エネルギー(=発電量)は2倍になる。
発電量は10万kWになる。

一般的な原子力発電は、1基当たり100万kWである。
10万kWの発電量は、大規模な水力発電並みである。
ちなみ国内最大級(第4位)の水力発電所:黒四発電所の最大出力は、33万5000kWである。

黒四ダム


スケールアップは容易だ。
プールを大きくあるいは深くするか、浮力調整室を広くするだけだ。

複雑な技術も、(原子力のような)高額な初期投資も不要。
24時間いつでも稼動できて、しかも燃料費はただ!!
天候には、一切左右されない。

しかも、放射能も炭酸ガスも煙(粉塵)も一切出さない、究極のエコ。 (ふふふっ)

ただし、燃料代わりの空気ボンベは要りますが。
まぁ、知れたものでしょう。


火力や原子力のように、湯が沸くまでの時間を待つ必要はない。
水力のように、一度使ったら水がなくなることもない。

電力需要が高まったら、直ちに発電が可能である。
逆に電力需要が下がれば、直ちに停止もできる。
つまり、需給に応じて、直ちに発電量を調整できる。

都心でもどこでも設置できる。
長距離送電によるロスも少ないから、送電コストも安くなる。

まさに、良いことづくめですな。




<以下、参考> (上記写真も含めいずれもウィキペディアより引用)

仕事 (物理学)

物理学 (力学, 熱力学) において仕事(しごと)とは、物体に加えた力と、それによる物体の位置の変位の内積(スカラー積)によって定義される物理量である。熱と同様にエネルギーの移動形態の一つで、 MKS単位系での単位は N·m もしくはJである。

物体がする仕事の計算
加えられる力が一定であり力の方向が物体の運動の方向と一致している場合加えられる力と同じ方向に物体が運動するとき、仕事 W は力の大きさをF、物体の移動距離(変位)を s とすると

W = Fs
で表し、力Fが仕事をしたという。この式からわかるように、物体が移動しない場合(s = 0) には仕事はゼロである。また、仕事のMKS単位系での単位が N·m であることもわかる。

例としてあなたが質量 m の物体を上に h 持ち上げる場合、W= m g h だけの仕事をしたことになる。逆に、物体は m g h だけの仕事をされて、物体の位置エネルギーは増える。



計量単位一覧

エネルギー・仕事・熱量次元:エネルギー = 力×長さ = 質量×長さ2/時間2

・ジュール:1 J = 1 N・m = 1 W・s
・キロワット時:1 kWh(kW・h) = 860.0 kcal = 3.6 MJ(メガジュール)



水力発電

理論
水のエネルギー
流水は位置エネルギー・運動エネルギー・圧力エネルギーを持っている。流水の持つこれらのエネルギーを水力(すいりょく)という。

流水を作用させる点を基準点とすると、高さ h (m) にある質量 m (kg) の水は、mgh (J) の位置エネルギーを有している

質量 m (kg) 、密度 ρ (kg/m³) の水が自由落下するとき、ある一点における流水の速度(流速)を v (m/s)、圧力(水圧)を p (Pa) とすると、この流水のエネルギーは以下の三形態によって表すことができる。

位置エネルギー: [J]
運動エネルギー: [J]
圧力エネルギー: [J]

水管路でのエネルギー消費を考えないものとすれば、流路のどの点においても流水が持つエネルギーの総和はエネルギー保存の法則により等しい。これが、ベルヌーイの定理である。それぞれを mg (N) で除したものを水頭(すいとう)という。

[m]・・・ 位置水頭(いちすいとう)
[m]・・・ 速度水頭(そくどすいとう)
[m]・・・ 圧力水頭(あつりょくすいとう)
水頭はヘッド (head) ともいい、高さの単位によって表す。

理論水力 [編集]実際の水路には流水と壁面との間の摩擦や曲がりの抵抗などによりエネルギーの消費(損失)がある。したがって、高さ h (m) にある質量 m (kg) の水が持つエネルギーのうち、損失分を減じたものが水車に作用する有効なエネルギーとなる。

損失を水頭によって示したものが損失水頭(そんしつすいとう)である。水頭の有効分である有効落差(ゆうこうらくさ)を H (m)、損失水頭を hl (m)、総落差(そうらくさ) Ha (m) には以下の関係がある。

H = Ha - hl
断面積 A (m²) の水管路を、流速 v [m/s] で水が流れたとき、その流量 Q [m³/s] は次式で表せる。

Q = v・A
1 (m³) で質量 1,000 (kg) の水が水車に作用する理論上のエネルギー、すなわち理論水力(りろんすいりょく) P0 は、流量 Q (m³/s) のとき、

P0 = mgh = 1000 × Q × 9.8 × H = 9800 Q H [J]
= 9800 Q H [W]
= 9.8 Q H [kW]

となる。P0 のエネルギーは水車に作用し、水車出力 Pw が取り出され、最終的には発電機出力電力 P となる。これは水車効率 ηw と、発電機効率 ηg を乗じたものである。

P = 9.8 Q H ηw ηg [kW]
= 9.8 Q H η [kW]
水車効率と発電機効率の積 η を、総合効率(そうごうこうりつ)という。ηは水車発電機の種類や構造や経年によって変化するが、一般的にかなり高く、近似的に次式が成立する。

P ≒ 8.5 Q H [kW]


 

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究極の自然エネルギー

 
総理が進めたがる自然エネルギー。
政治面はともかくとして、何か良いものはないでしょうか?

太陽光発電は、家庭用程度には良いのだが、そもそも発電容量が小さく、土地不足で規模拡大もなかなか難しい。
おまけに天候に左右される。

風力発電も風に左右されるし、低周波の音や振動が健康に悪い。
適した場所も、なかなか見つからない。

私は潮汐発電がいいと思っているのだが、航行や漁業権問題などがあって、なかなか設置場所が見つからないだろう。
有明海の諫早湾などは、埋め立てがされなければ、最適な場所の候補だったかもしれない。



・・・で、あれこれ考えていると、ふと思いついたのがこれ。

米原潜

そう、潜水艦。

といっても、原子力潜水艦を作って、そこで発電するわけではない。
(そんなもの作ったら、米国から攻撃され、撃沈されるでしょう)

潜水艦は、浮力を調整して、浮いたり沈んだりする。

原理は簡単である。
浮力調整用の部屋に水を入れれば勝手に沈み、空気を入れれば勝手に浮く。
エネルギーは、一切必要ない。



潜水艦 (ウィキペディアより)

潜水機構
潜水艦は浮上時は、船体排水量が浮力より小さいので、水上に浮いている。潜りたい時は、艦内の海水槽に海水を注入し、船体排水量を浮力より大きくする事で沈降する。海水槽にはメインバラストタンク(メインタンク、バラストタンクなどと略)、ネガティブタンク、トリムタンクがある。メインタンクは海水または空気を注入する船体浮力調整用タンクで、ネガティブタンクはメインタンクの補助用の浮力微調整用小型タンクである。トリムタンクはトリム(艦の前後の傾き)調整用であり、船体前後に二箇所設置されており、船体前後の浮力比を操作する。

潜水艦は潜航する場合、先ずベント弁(メインタンク内部空気排出弁)を開く。すると、フラッドホール(メインタンク下部の海水注入用の穴)から海水が入り、船体浮力が低下して艦は沈下を開始する。その後、トリムタンクや舵を操作して艦首を下げ、目標深度へ到達する。目標深度到達後は、トリムを調節して水平状態を保てるようにする。浮上時には、艦内の圧縮空気タンクからメインタンクへの空気を注入する。と、同時にタンク内から海水が排出されて船体浮力が増し、艦は浮き始める。この操作はメインタンク・ブローと呼ばれる。




沈むときに、プロペラを回す。
浮き上がるときにも、プロペラを回す。
上下双方向で発電できる。

場所は、海でも湖でもダム湖でもよい。
海ならば潮の流れが少なく、また環境に悪影響が出なければ湖でも良い。
水がきれいで深い場所ならば、どこでもOKだ。

何なら、陸上でも良かろう。
深い井戸のような縦穴上のプールを作り、その中で浮き沈みさせる。

場合によっては、空洞のビルを建てることも可能だ。
中を水で満たして、巨大なプールにする。

太陽光発電のように、広大な土地はいらない。
100m×100mの土地があれば十分だろう。

あとはできるだけ深く掘る。
深いほど、発電効率がよくなる。

複雑な技術も、(原子力のような)高額な初期投資も不要。
24時間いつでも稼動できて、しかも燃料費はただ!!

火力や原子力のように、湯が沸くまでの時間を待つ必要はない。
水力のように、一度使ったら水がなくなることもない。

電力需要が高まったら、直ちに発電が可能である。
逆に電力需要が下がれば、直ちに停止もできる。
つまり、需給に応じて、直ちに発電量を調整できる。

しかも、放射能も炭酸ガスも煙(粉塵)も一切出さない、究極のエコ。 (ふふふっ)



ねぇ、誰かこのアイデア買わない??
とりあえず、100万円から。 (笑)

 

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