夢のまた夢か「ビル雨水発電」

都会の高層ビルに降る雨水は位置エネルギーを持っています。この天からの恵みを補助的な発電に活用できないか少し考えてみました。
エネルギー 位置エネルギー 雨水 高層ビル 発電
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今井長兵衛 @medanjin
先には、実用化が進んでいる「ごみ発電」について述べたが、今回は僕が夢想しているに過ぎない、もう一つの都市発電「高層ビル発電」について考えたい。それは、高層ビルの屋上に降った雨水の位置エネルギーを利用する発電のことだ。
今井長兵衛 @medanjin
下記のソースによると、高さ99m以上の超高層ビルは東京449、大阪市143、横浜市55、神戸市49、名古屋市29など、全国に少なくとも957棟あるという。 超高層ビルとパソコンの歴史 http://t.co/b3slWy7XzS
今井長兵衛 @medanjin
2011年現在の大阪市における5階以上の建築物の数を図示する。ソースは大阪市統計書 http://t.co/PT3RBoF7ef http://t.co/G21PLr4t4O
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今井長兵衛 @medanjin
ビル1階分の高さは、居住用で3m、オフィスビルで4mとされる。高層ビルでも、30階以上の93棟の平均3.9m(標準偏差0.59m)、20~29階の126棟の平均4.0m(標準偏差0.64m)であった。ソースは「大阪の高層ビル一覧」。 http://t.co/mPsZ9ODg34
今井長兵衛 @medanjin
そこで、ビルの1階分の高さを4mとし、これに階数をかけて高さを推定した。ただし、「大阪の高層ビル一覧」の記載に基づき、20~29階のビルの高さの平均は101m(標本数n=105)、30階以上のビルの高さの平均は140m(n=130)と推計した。
今井長兵衛 @medanjin
各ビルの面積、最上階の面積がビルの面積に占める割合、最上階以外の屋上の面積や高さなどは把握できなかった。いい加減な仮定ではあるが、試算のためにビルはすべて立方体で各ビルの面積はビルの最上階まで等しく2000平方mとしておく。
今井長兵衛 @medanjin
また、気象庁のデータによると、大阪市の年間降水量の平年値(1981~2010年の平均値)は1279mmである。そのうちの1000mm(1m)を発電に用いると仮定する。
今井長兵衛 @medanjin
大阪市内にある5階以上のビルの数は35263棟であり、上記の仮定から試算すると、高さの平均は30m、面積は700万平方m となる。面積に降水量1mをかけると、高さ30mの位置に年間700万トンの雨水が天からもたらされることになる。これを無駄にする謂われはないだろう。
今井長兵衛 @medanjin
位置エネルギー J(ジュール)は、水量(kg)×9.8(重力加速度m/s2)×高さ(m)で計算でき、大阪市雨水のそれは20580億 Jとなる。電力量1KWh=360万J なので、位置エネルギーが損失無く電気エネルギーに変換されるとすれば、発電電力量は572 MWh と計算される。
今井長兵衛 @medanjin
大阪市内の年間電力消費量は、電灯需要だけで679万MWhであり、今回のビル発電量572 MWhはそのわずか0.008%に過ぎない。同様に試算すると、高さ150m、面積2500平方mの高層ビル1棟の年間発電量は1021 KWhとなる。これでは、残念ながら、十分な発電量とはいえない。
今井長兵衛 @medanjin
なにか良い方法は無いかと探してみると、小水力発電事例集2009・2010の20~21頁にビル発電の事例が2つあった。 http://t.co/o2vobgN6I7
今井長兵衛 @medanjin
いずれもNHKのビルで空調機冷却水利用である。放送センターでは冷却水を0.0445立方m/秒で33.6m流下させて年間発電量42300 KWh、福岡放送会館では冷却水を0.0533立方m/秒で28m流下させて年間発電量8000 KWhだという。
今井長兵衛 @medanjin
これらの事例では、冷却用の水をポンプアップするのに電気を消費するが、人為的に生成した位置エネルギー利用の小規模発電によって消費電力の一部を賄っている。冷却水と雨水を合流させ、自然の位置エネルギーを追加利用してて発電量をさらに増やすことは、実現可能なのではなかろうか。
今井長兵衛 @medanjin
ビル排水系のうちでは、 汚染の激しいトイレ汚水、厨房排水や特殊排水と雨水を合流させることは、配水管や発電設備の清掃・メンテ頻度が高まるため、適切ではない。しかし、汚染がそれほど激しくない雑排水と雨水を合流させて発電に用いることは、実現可能かもしれない。
今井長兵衛 @medanjin
すでに、さまざまな形態での雨水利用が進められている。屋上緑化における撒水やトイレ洗浄などである。このうち、屋上緑化に用いる雨水は利用後も同じ位置エネルギーを保持しており、適切に集水することで発電への利用が可能であろう。
今井長兵衛 @medanjin
もともとは、ビルにおける太陽光発電を補完するものとして「雨水発電」を考えていた。雨天で太陽光発電の効率が低下するとき、自家消費電力を安定供給するのに雨水を活用できないかという発想である。
今井長兵衛 @medanjin
素人の文献調査と思いつきでは、ここまでが精一杯だ。ビルの屋上に降り注ぐ天の恵み、雨水の有効利用の一つとして、位置エネルギーによる発電が一日も早く実現することを期待したい。

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