帯水層熱エネルギー貯留技術における効率的運用のための基礎研究

地下の帯水層に温水あるいは冷水を貯留しておき,その熱エネルギーを利用する帯水層熱エネルギー貯留技術(ATES)の基礎実験として行ったレキと細砂で成層化させた土層カラムを用いた熱・水分移動実験の解析を行い,レキという粒径の大きな土壌を対象とする際の解析手法を提案した.また,蓄熱効率の面でより有効な帯水層熱エネルギー貯留システムについて数値実験を行って検討した.得られた知見は以下の通りである.1.温度勾配下にある不飽和レキ層中の温度と圧力水頭を再現するためには,不飽和レキ層中の液状水移動は解析において無視できる.また,対流による水蒸気移動の影響は水蒸気拡散係数に含めて考えることができる.ただし,温度勾配の向き(下端が高温の場合と上端が高温の場合)によって水蒸気拡散係数が異なることとなり,両者の違いが対流による水蒸気移動の影響の大きさを反映する.下端が高温の場合に上端が高温の場合よりも3倍程度(温度勾配約40℃m^<-1>の場合)水蒸気移動の影響が大きく,その分それに伴う熱移動によって蓄熱効率も低下する.2.ATESにおける土壌中の熱環境・水分環境を定量化することによって蓄熱効率の面から有効な帯水層について考察した結果,蓄熱帯水層の厚さが最も蓄熱効率に影響することがわかった.また,浅い不圧帯水層に蓄熱すると不飽和帯を通って損失する熱量が大きくなること,被圧帯水層が必ずしも蓄熱効率が高いわけではないこと,不飽和帯での潜熱輸送が蓄熱効率に影響することなどが示唆された.3.レキのようなそれ自体の熱伝導率が小さい土層が存在しても,その土層の間隙体積は大きく,水蒸気移動に伴う潜熱輸送が補完的に生じるために地下に蓄えられた熱エネルギーに対する断熱効果は期待できない.蓄熱帯水層の選定は,水量的に優良な帯水層であればその厚さや深さを調査した上で行われるべきである.

地下の帯水層に温水あるいは冷水を貯留しておき,その熱エネルギーを利用する帯水層熱エネルギー貯留技術(ATES)の基礎実験として行ったレキと細砂で成層化させた土層カラムを用いた熱・水分移動実験の解析を行い,レキという粒径の大きな土壌を対象とする際の解析手法を提案した.また,蓄熱効率の面でより有効な帯水層熱エネルギー貯留システムについて数値実験を行って検討した.得られた知見は以下の通りである.1.温度勾配下にある不飽和レキ層中の温度と圧力水頭を再現するためには,不飽和レキ層中の液状水移動は解析において無視できる.また,対流による水蒸気移動の影響は水蒸気拡散係数に含めて考えることができる.ただし,温度勾配の向き(下端が高温の場合と上端が高温の場合)によって水蒸気拡散係数が異なることとなり,両者の違いが対流による水蒸気移動の影響の大きさを反映する.下端が高温の場合に上端が高温の場合よりも3倍程度(温度勾配約40℃m^<-1>の場合)水蒸気移動の影響が大きく,その分それに伴う熱移動によって蓄熱効率も低下する.2.ATESにおける土壌中の熱環境・水分環境を定量化することによって蓄熱効率の面から有効な帯水層について考察した結果,蓄熱帯水層の厚さが最も蓄熱効率に影響することがわかった.また,浅い不圧帯水層に蓄熱すると不飽和帯を通って損失する熱量が大きくなること,被圧帯水層が必ずしも蓄熱効率が高いわけではないこと,不飽和帯での潜熱輸送が蓄熱効率に影響することなどが示唆された.3.レキのようなそれ自体の熱伝導率が小さい土層が存在しても,その土層の間隙体積は大きく,水蒸気移動に伴う潜熱輸送が補完的に生じるために地下に蓄えられた熱エネルギーに対する断熱効果は期待できない.蓄熱帯水層の選定は,水量的に優良な帯水層であればその厚さや深さを調査した上で行われるべきである.