海洋から電力を引き出すことは再生可能エネルギーの最後のフロンティアです

地球表面の 70% が海洋で覆われているため、波力は間違いなく最大の未開発エネルギー資源の 1 つである可能性があります。 大きな波に足を投げ出されたことがあるなら、その力を少しでも感じたことがあるでしょう。

何十年もの間、科学者や技術者は広大な海に目を向け、そのエネルギーのほんの一部を抽出する方法を夢見てきました。 気候変動への意識と不安の時代において、それを実現する方法を見つけることがついに注目を集めています。

バイデン政権の 海洋気候行動計画 これは、海洋が、洋上風力発電と、波、潮流、潮流などのあまり調査されていないエネルギー源の両方からの再生可能エネルギーの重要な可能性を秘めていることを明らかにします。 熱帯の海の深層にあるより冷たい海でも、クリーンな海洋エネルギーを提供できる可能性があります。

この計画は、オレゴン州沖での野心的な取り組みが完了に近づいていることを認めており、そこでは先駆的な水平掘削技術を使用して太平洋の底に7マイルの導管が敷設されている。 間もなく、太いケーブルがその導管を通って本土とアメリカを結ぶことになるでしょう。 パックウェーブ、波の力を陸上の電力に変換する新しい技術を開発および実証するために構築された海洋実験用テストベッド。

PacWave が完全に稼働すると (早ければ 2025 年に)、数千世帯に電力を供給するのに十分な最大 20 メガワットを発電することができます。 「波力エネルギーには本当に興奮しています。なぜなら、その資源は非常に大きいからです」と国立再生可能エネルギー研究所の上級研究員、リーバイ・キルチャー氏は私に語った。

キルチャーは、 2021 年 NREL レポート 波、潮汐、海流など、米国の海洋エネルギー源に関する利用可能なデータをまとめたものです。 研究チームは、総エネルギー潜在力が米国で 1 年間に生成される電力の半分以上 (57%) に相当することを発見しました。

PacWave のような実験施設は波力を効率的に収集する方法を示しており、画期的な進歩を促進する可能性がありますが、波力エネルギーが重要な電力源になるまでにはまだ道がありません。 波は安定していますが、同じではないため、そのエネルギーを捕捉する機械を設計する際に重要な課題となっています。

「調整しようとしているのね [the technological approach] そうすれば、こうした変化する波を利用できるのです」と、パシフィック・ノースウェスト国立研究所の主任研究員、アンドレア・コッピング氏は語った。

波のエネルギーを捕捉するためのさまざまなアプローチには、波の頂上に乗る装置や、海底にかかる圧力波を電力に変換する装置などがあります。 別のアプローチには、波が押し寄せるときに空気を圧縮する、振動水柱と呼ばれる装置が含まれます。 その圧縮空気がタービンを回転させてエネルギーを生成します。

深層からの力

波は、科学者や当局が研究している海洋エネルギーの潜在的な供給源の 1 つにすぎません。

コッピング氏は、別の形態の海洋エネルギーに新たな関心が集まっていると語る。 海洋温度差エネルギー変換、または OTEC、これには海の深部から冷たい水を汲み上げることが含まれます。 この冷たい流れは、家庭用ヒートポンプが温風と冷気を交換するのと同様の、より温かい地表水との熱交換プロセスを経ます。 このプロセスによりタービンが駆動され、発電が行われます。

OTEC テクノロジーは、エネルギー価格が高騰した 1970 年代に開発されましたが、実際には普及しませんでした。 コッピング氏によると、気候変動によりOTECへの注目が高まっており、プエルトリコやグアムなどの島々や南太平洋の小国に適している可能性があるという。

「非常に関心があり、今回は実現すると我々は本気で考えている」とコッピング氏は語った。

小規模な OTEC 工場がハワイで長年稼働しています。 コッピング氏は、米国政府の新たなコミットメントがこの技術の将来に有望であると信じており、この技術には日本や他の周辺諸国も大きな関心を寄せている。

気候変動への懸念がOTECの新たな資金源を生み出す可能性がある。 それまでの間、より小規模な施設（10メガワット以下）を建設し、それを海に浮かべるのではなく陸上に置くことで、この技術はより手頃な価格になるとコッピング氏は述べた。

また、OTEC が最も効果的に機能する熱帯地域では、冷水パイプが空調装置としても機能するという追加のボーナスもあります。

流れに乗る

アラスカ、太平洋岸北西部、メイン州の岩だらけの海岸など、米国の海岸線の多くは、OTEC に十分な温度の表層水を見つける可能性がほとんどない気候に属しています。 幸いなことに、これらのスポットのいくつかは、より浅い水、つまり潮汐に依存した発電源から発電するのに最適です。

アラスカで育ったキルチャーは、いつも潮の力に魅了されていました。 しかし、近くのクック湾が彼らのエネルギーを利用するのに世界の理想的な場所の一つと考えられているとは、彼は全く知りませんでした。 キルチャー氏が初めて国立再生可能エネルギー研究所で働き始めたとき、同僚からこのホーマーの故郷であるアラスカ州が世界最高の潮汐エネルギースポットの一つであると知らされて驚いた。

海の動きを電気に変換することに関しては、潮力エネルギー技術が最も発達しています。それは、水中の適切な場所に適切なタービンを設置するのと同じくらい簡単です。 多くの潮力発電プロジェクトがすでにヨーロッパなどで導入されており、世界中のニッチな用途にも導入されています。

潮汐エネルギーは波エネルギーの陰と陽です。 波はどこにでも発生する可能性がありますが、予測するのは困難です。 潮汐はほとんど既知の量であり、地球規模ですが、その潜在的な電力は少数の非常に特定の場所に限定されています。 発電に必要な速い流れは通常、狭い水路、または島と本土の間でのみ見られます。 それでも、潮力エネルギーが機能する場合、それは非常に信頼できる再生可能エネルギーの形態です。

「潮力エネルギーが特に魅力的なのは、それが 100% 予測可能であることです」とキルチャー氏は言う。

ゆっくりと流れる大きな流れなど、潮汐以外の海洋の一貫した特徴を利用した小規模な実験がいくつか行われている。 キルチャー氏は、北大西洋の熱循環パターンに影響を与える前に、海流からどれだけの電力を引き出せるかを調べる研究が米国南東部の沖合で進行中であると指摘した。

「メキシコ湾流が止まり始めるほど大量のエネルギーを抽出することは望ましくない」と彼は言う。 「これらは、私たちが検討している種類の科学研究の問題です。」

彼女が吹くより

これまでのところ、海洋から効果的に電力を引き出すには、水よりもその上の空気が関係しています。 洋上風力エネルギーは、海洋から陸上に移送される電力源の中で最も生産性が高いです。

「洋上風力発電は間違いなく最も成熟した技術です」とオレゴン州立大学太平洋海洋エネルギーセンター所長のブライソン・ロバートソン氏は私に語った。 「私たちは文明の誕生以来、風力エネルギーシステムに取り組んできました。私たちは帆を走らせていました。 [on boats]そして私たちは小麦を挽くために風車を使っていました。」

海底に固定された発電用の大型風力タービンは、北東部の州やその他の地域の海岸沖でよく見られる光景になっています。 ロバートソン氏は、浮体式洋上風力タービンは、文字通り薄い空気から引き出す電力量の拡大に役立つ可能性がある、より新しい有望な技術であると述べています。

洋上では風力がより安定しており、浮体式インフラを世界のより多くの地域や深海に展開できます。 そして、より高いタービンは、一般の人の視界から外れた場所で高高度の風にアクセスできる可能性があります。

ロバートソン氏は、水上インフラからより多くの風力発電を生み出す機会は、炭素排出量を実質的に削減するのに十分重要であると信じている。

厳しい環境

新しいモバイル アプリや携帯電話の開発とは異なり、地球上で最も過酷で未開の環境の 1 つから電力を引き出すためのインフラストラクチャを構築するのは、時間がかかり、困難なプロセスになる可能性があります。

「私たちはこれらの潮位の上昇や大きな波のエリアについてあまり知りません。なぜなら、私たちはそこに近寄らないからです」とコッピング氏は語った。 「それが、この作業に時間がかかる理由の1つです。しかし、海を見てください。エネルギーの可能性が見えないわけにはいきません。」

また、海洋エネルギーインフラが野生動物、より広範な環境、地元住民、漁業、その他の産業に与える可能性のある影響を含む、他にも多くの考慮事項があります。

「最大の問題は不確実性だと思う」とロバートソン氏は付け加えた。 「これまでこれを大規模に行ったことはありませんが、環境への影響はどのようなものになるでしょうか?」

同氏は、政策プロセスが遅れているのには正当な理由があるかもしれないが、海洋エネルギーの必要性は依然として緊急であると述べた。

「環境を認識しながらテクノロジーをより迅速に導入する方法を見つける必要がある」と彼は言う。 「気候変動に目に見える影響を与えたいのであれば、このプロセスを加速する方法を見つける必要があるだけです。」

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