2008年10月31日(金) 14時00分

新発想の高効率な波力発電：水中の渦によるエネルギーを利用（WIRED VISION）

初期の実証機が電気を生み出し、電球を点灯する動画。Courtesy Vortex Hydro Power

大手石油会社の海底石油掘削装置にとっての悩みの種が、再生可能エネルギーには恩恵をもたらす可能性がある。

ゆっくりと移動する水の自然な動きをエネルギー源とする流体力学を応用した新しい発電機が考案されたのだ。これを用いれば、広大な海域をエネルギー生産に使う道が開ける可能性がある。

海上に設置される巨大な石油プラットフォームを固定している長いケーブルなど、あらゆる種類の円柱状の構造物の周囲を海流が流れると、小さな渦が生じる。これらの渦は最終的に渦を巻きながら消えていくが、その際に発生する振動が石油掘削装置の係留装置をむしばむ恐れがある。

この現象の防止に長い間取り組んできたミシガン大学の技術者が最近、この渦によって生じた力学的エネルギーを捕捉するエネルギー捕獲機の試作品を開発した。

「およそ4年前、この振動を増大させてそのエネルギーを利用するべきだと私は直観した」と、装置を考案した海洋技術者のMichael Bernitsas氏は述べている。同氏は自分のアイデアを商業化するために、米Vortex Hydro Energy社を設立した。

「渦によって引き起こされる振動は、1504年にレオナルド・ダ・ビンチによって初めて観察されていた。にもかかわらず、このアイデアで特許を取ろうと考えた人は今までいなかった」と同氏は語る。

エネルギーの専門家たちは、海流の運動について、最大で米国のエネルギー需要の10％(PDFファイル)を供給できる、未開発の巨大なクリーンエネルギー源だと考えている。この力学的エネルギーを捕捉するために、さまざまな手段が提案されてきたが、これまではタービンを使い、潮流や強い海流によって生じる流れの速い水のエネルギーを補足するものが多かった。だが、こういった技術で、科学プロジェクトの段階を超えて進展したプロジェクトは数少ない。

最も進んでいるのはポルトガルの沿岸沖で実施されている英Pelamis Wave Power社のプロジェクトだが、これもわずか2メガワットの電力を供給しているにすぎない。

このシステムの大きな問題は、水中タービンの多くが、海流が非常に速く流れ続ける場所でないと満足な発電ができないという点だ。ある研究報告では、こういったプロジェクトは海流が6ノット以上でないと経済的に意味をなさないと示唆しているが、これほどの流速が発生することはめったにない。

これに対してBernitsas氏は、3ノットに満たないような大部分の海流が使える点にこそ、自分の技術の大きな強みがあると考えている。

「海流には大量の流体運動エネルギーがあるものの、現在の技術ではその多くが利用できない。そこで出番となるのが、1ノットの流速でもエネルギーを抽出できる私のアイデアだ。この技術では、まったく新しいエネルギー源を活用している」と、Bernitsas氏は説明する。

Bernitsas氏のアイデアは、既に有力な支援者を得ている。この構想の開発をさらに進めるための資金として、全米科学財団(NSF)、米国海軍、米エネルギー省などが共同で、およそ200万ドルをVortex社に出資しているのだ。

Vortex Induced Vibrations Aquatic Clean Energy(VIVACE)と名付けられたこの装置の試作品は、簡単に言うと、バネで水中につり下げられた、直径5〜7センチメートルのシリンダー群だ。海流によって生じた渦が、これらのシリンダーを上下に動かす。VIVACEシステムでは、この力学的エネルギーを、回転式あるいはリニア式の発電機を通じて電力に変換する。

将来的には、上の模式図のような、50キロワットの発電能力を持つモジュール式装置を作成したいとBernitsas氏は考えている。より大規模な応用例として、この装置をさらに集積し、1ギガワット級の電力を生む発電所にすることも可能とみられる。

技術者たちは、基本的なシステムコンポーネントのさらなる効率化にも取り組んでいる。初期の設計段階で、シリンダーには、渦のエネルギーをさらに多く取り込むため、尾状の突起物がつけられた。このアイデアは、鯨、魚、オタマジャクシなど、水中を移動する生物から得たものだ。これらの生物はすべて、ずんぐりしているか、決して細くはない頭を持ち、それに尾が続く流線形をしているとBernitsas氏は説明し、次のように語った。

「魚の筋力は、それだけでは、実際に泳いでいる時の速度を出せるほど強くはない。したがって、よりじっくりと観察すれば、たくさんの要素が機能していることが分かるはずだ。魚が体をくねらせると、渦がとりこまれたり、消えたりする。次に、逆側の側面で渦が集まり、消える。この動きを、体の両側面で、かわるがわる行なっているのだろう」

VIVACEシステムの設計では、タービン式システムと比べて、海流からより多くのエネルギーを取り出すことが可能だ。専門用語で言うと、システムのエネルギー密度がより高いということになる。

例えば、3ノットの流速で、VIVACEでは海水1立方メートルにつき50ワットの電力を抽出できるのに対し、海洋エネルギー産業の世界的なリーダーと考えられているPelamis社のシステムでは、わずか21ワットしか抽出できない。

Bernitsas氏は1年以内に、Detroit川でプロトタイプを建設する予定だという。

[過去記事「代替エネルギーの切り札となるか——世界各地の「波力・潮力発電」プロジェクト」は、2004年段階での世界の波力・潮力発電の状況をまとめている。電力中央研究所による報告書『波力発電の現状』はこちら]

http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20081031-00000003-wvn-sci