潮汐農場

海底タービン

潮力発電ファームとは、電力生産のために用いられる潮流発電機の集合体です。潮力発電ファームの潜在的可能性は、世界中の適切な立地場所の数によって制限されています。これは、潮力発電ファームを費用対効果が高く、環境に配慮したものにするためのニッチな要件が存在するためです。[ 1 ]

研究開発

潮力発電は比較的新しい再生可能エネルギーです。潮力発電の開発には多額の投資が行われており、その長期的な影響と活用事例も検討されています。[ 1 ]

2016年、フランスのブルターニュ沖16マイルに潮力発電所が設置されました。これは、連結型潮力タービンの潜在能力を実証するために設計されました。しかし、このプロジェクトは2017年に腐食により失敗し、両方のタービンは撤去されました。[ 2 ]

イランでは、潮力エネルギーの安定性から、その開発に関心が寄せられています。タルビアト・モダレス大学土木工学部は、これらのファームの有望な立地を特定しました。立地地域には、ペルシャ湾、オマーン海、ホウラン海峡、ヘンガム島、グレーター・トゥンブ島などが含まれます。エネルギーコスト、発電量、料金、期待投資収益率なども、大学の研究グループによって分析・研究されています。[ 3 ]

ブリストル海峡では、潮汐農場の潜在的な環境影響に関する研究が行われており、それぞれの場所で適切な環境評価を行う必要があると結論付けられています。[ 4 ]

テクノロジー

数理最適化アプローチは、風力タービンファームのレイアウト設計に用いられます。これらのモデルは、候補地が適切な地形を備え、環境への影響が最小限で、経済的に実行可能かどうかを判断するために使用されます。研究開発を通じて、風力タービンの数、設置場所、そしてファーム全体の収益といった要素を正確に検証し、予測することが可能になりました。[ 5 ]

潮力発電所は、複数の潮力発電機をまとめて利用して発電します。これらの発電機は、陸上で使用される風力タービンと非常によく似たタービンを、潮の流れを利用して回転させます。海の力とタービンの高度な技術により、通常の風力タービンよりもはるかに予測可能なエネルギー出力が保証されます。タービンは通常、発電機の効率を最大限に高めるために、潮汐活動が活発な地域に設置されます。潮力発電所の特徴は、より多くのエネルギーを生産するために、複数の発電機をまとめて設置することです。発電機は陸上の変電所に接続され、高電圧から低電圧へ、または低電圧から高電圧へ変換します。これらの発電機は、半潜水型または海底に固定することができます。使用されるタービンは、水の密度により非常に低速で回転します。これは、魚が死ぬ危険なしに自由に通過できるため、水生生物にとって非常に有益です。一部のタービンは、水の流れが速いか遅いかに関係なく、灌漑用水路、河川、ダムなどでも使用できます。[ 6 ]

実践のリーダー

スコットランドは、潮力エネルギーを代替エネルギー源として活用する取り組みにおいて、主要なリーダー国の一つです。2012年、スコティッシュ・パワー社は、新技術の予備試験を行った後、オークニー諸島沖に30フィートのタービンを設置しました。[ 7 ]現在、スコットランドは潮力発電ファームにおいて世界をリードし続けています。スコットランドの企業であるオービタル・マリン・パワー社は、オークニー諸島沖での大規模プロジェクトを含む、強力な潮力タービンを誇っています。オービタル社のO2タービンは2MWの発電能力があり、2021年に設置されました。[ 8 ]

オーシャンフロー社はシーメンスの技術を用いて半潜水型タービンを設計した。製作されたモデルは、海況に優れた耐性を持つことが実証されている。同社は、このモデルは周囲の生態系への影響が少なく、導入コストも低いと主張している。このモデルの重要な特徴は、タービンが載るプラットフォームである。これは2006年にニューカッスル大学海洋科学技術学部で開発された。このプラットフォームは、深海の過酷な環境に耐えるのに適している。オーシャンフロー社のシニア開発エンジニア、マーク・ノス氏はこのプロジェクトについて、試験用に1/40スケールのモデルと1/10スケールのモデルを製作したと述べた。両モデルとも試験され、有望な結果が得られた。[ 9 ]

北米の潮力発電

北米は、GDPや人口の点で比較できる他のどの地理的地域よりも潮力発電所が少ない。潮力は、正しく利用すれば米国の電力消費の15％を占めることができると推定されている。[ 10 ]北米で最初に電力網に接続された潮力発電設備は、2012年にメイン州コブスクック湾に、オーシャン・リニューアブル・パワー・カンパニーによって敷設された。[ 11 ]予備的な装置は、最大容量で180キロワットを生成する。さらに2つの装置を設置する計画は2013年の時点で棚上げされている。潮力発電機は、2009年にファンディ湾にオープンハイドロとエメラによって設置された。これらの潮力発電機は、湾の強力な潮流のために、その過程でいくつかのブレードが失われるなどの損傷を受けた。 2016年秋には、同じ2社による合弁会社が、コブスクック湾を含むファンディ湾に2メガワットの潮力発電機を設置することに成功しました。[ 12 ]新しい潮力発電機を地元の発電所に統合し、接続された電力網によって、1日あたり推定150～200世帯に電力を供給しています。[ 11 ]

種類

• 半潜水型タービンは高価ですが、長期的にはより安価で費用対効果が高いタービンです。タービンは固定支柱に接続されており、タービン発電機はメンテナンスのためにいつでも上下させることができます。

• 水平軸タービンは風力タービンによく似ています。ブレードは流れの方向と平行な中心軸を中心に回転します。

• 垂直軸型タービンのブレードは、流れの方向と垂直な中心軸を中心に回転します。中心軸は通常、水面から吊り下げられています。このモデルの利点の一つは、水の流れの方向に関わらず効率が良いことです。

• 振動発電機にはレバーアームに取り付けられた水中翼があり、水がその上を移動すると水中翼が上下します。

• 潮汐凧は、ケーブルで海底に固定され、水中で広範囲に動くことができるタイプの発電機です。

• アルキメデス・スクリュー発電機は、水がスクリューの形状に沿って移動すると回転します。特に水位が低い潮汐地帯で効果的です。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

問題

潮力発電所に関する数少ない環境的懸念の一つは、タービンが設置される予定の地域の植物に脅威を与える可能性があることです。[ 16 ] しかし、ブレードを通常よりも低速で回転させることにより、風力タービンは潜在的な環境問題の一部を排除することができます。もう一つの問題は、海水によるタービン内部の金属部品の腐食を防ぐために、タービンを防水構造にすることです。

料金

現時点での潮力発電所の大きな欠点の一つは、他の再生可能エネルギーと比較して比較的コストが高いことです。潮力発電所で生産される電力は、風力発電の7倍から14倍のコストがかかる場合があります。[ 17 ]また、潮力発電所は現在、高い投資コストを伴います。各発電所の立地特性がそれぞれ異なるため、潜在的な発電出力を最大化するには、各タービンアレイの設計において広範な調査と最適化が必要です。発電所の立地条件によって異なる主な要因としては、水深、海底の傾斜、水流速度などが挙げられます。これらの自然要因は、使用される発電機の種類とその配置方法に影響を与えます。[ 5 ]

潮力発電所に関連するもう一つのコストはメンテナンスです。メンテナンスのほとんどは年に1～2回程度の定期的なものですが、故障修理のためにクレーンなどの大型機械を使用する必要がある場合、緊急メンテナンスは高額になる可能性があります。[ 18 ]

海洋地理と潮汐パターンへの影響

潮汐農場は、設置されている環境に多くの環境的、生態学的変化をもたらす可能性があります。これらの農場の構造は、潮汐パターン、堆積物の流れ、水柱の乱流に変化をもたらします。[ 19 ]潮汐パターンは、農場自体の構造に応じてさまざまな方法で影響を受ける可能性があります。構造とは、サイズと断面積を指します。ブレードの数や農場にかかる負荷は、水全体の高さにあまり影響しないためです。これらの影響により、満潮と干潮の両方が低下し、全体として水位が低くなることが見られます。[ 20 ]ただし、ブレードの数とシステムへの負荷は、潮位の範囲に大きな影響を与えます。潮位の範囲は、最も密度の高い農場の観測で最大42％減少し、周囲の領域の32％が破壊される可能性がありますが、制御可能です。 2ローター式タービンを使用することで、損傷は19%まで低減できます。5ローター式タービンでは、損傷はわずか5.4%まで低減できます。これは、水流の作用をタービン自体の広い表面積に分散させることで、水柱内の流れの変化を緩和するからです。[ 21 ]

潮力農場の導入は、堆積物の流れに影響を与えます。堆積物を移動させる乱流を生み出すだけでなく、周囲の生態系も変化させます。これまで堆積物があまり堆積していなかった地域に堆積物が増えることで、草地などは堆積物に覆われて消滅してしまう可能性があります。新たな乱流によって生じる堆積物の流れのパターンによって、海底の地形も変化します。農場周辺には砂州などの新たな地形が形成され、当初の予想以上に周囲の環境に影響を及ぼす可能性があります。[ 19 ]

水柱は、乱流を通して伝達される力が潮汐農場によって吸収されるため、様々な脅威にさらされています。波は水の背後にあるエネルギーの減少によって直接影響を受け、弱まり、これもまた複数の生態系を破壊する可能性があります。また、魚やカニなどの多くの種が生存のために利用する乱流が減少するため、潮間帯にも影響が及ぶでしょう。騒音や電磁場なども環境に問題をもたらしますが、生態系における地形や生物への影響ほどの規模ではありません。[ 19 ]

生態系への影響

潮汐農場は主に、渡り湿地鳥の生息地となる潮汐堰堤、湿地、潟湖およびその他の潮間帯のある水域に設置される。潮汐農場を設置すると水位が上昇し、鳥の餌場が水没する。餌場が失われると、死亡率が上昇する。[ 22 ]さらに、エクセター大学の教員らが英国ソルウェイ湾の湿地鳥を対象に調査を行った。これらの調査では、特定の種類の潮汐農場の影響はごくわずかであると結論付けている。ソルウェイ湾の水質汚濁生息地に対する潮汐農場の影響は、最大規模のケースでも比較的低いことがわかった。[ 22 ]調査では、シミュレーションと同様の容量を持つ現在の施設では、コンピューターで生成された施設よりも潮間帯の損失が少ないことを強調した[ 22 ]。得られた結論の一つは、今後の研究は海鳥全体への影響ではなく、個々の種の脆弱性に焦点を当てるべきだというものである。

湾、入江、または河口における潮汐堰堤の建設は、種間関係が普遍的に影響を受ける数少ない事例の一つです。潮汐水の滞留は、上層から中層の沿岸生息地を支配する種の生息時間を変化させます。同時に、下層の沿岸はより長い期間水没します。その結果生じる強制生態系は、潮汐摂食者である魚類を除く、そこに生息するほとんどの種にとって混乱を招きます。満潮期間が長くなると、より多くの餌を探す機会が得られるため、これらの事例では個体数の増加が観察されます。[ 19 ]

大規模な潮汐堰堤の構造は、それぞれの生息地における洗掘と堆積を変化させます。洗掘と堆積とは、水域の底に沿った堆積物の移動と交換を指します。ミシシッピ州ビックスバーグにある米国陸軍工兵研究開発センターは、天然の堆積物の堆積が妨げられると、海底植物の芽が変化を受けた海底で適切に成長できず、海底植物の死亡率の上昇に直接つながったと述べています。これは、海底下を流れる水流の変化の影響を受けやすい海底生物にとって、さらに壊滅的な打撃となります。これらの生物は大気の変化に非常に敏感であるため、容易に移動させることができず、これを防ぐことも困難です。[ 19 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b Funke, SW; Kramer, SC; Piggott, MD (2016-12-01). 「新しい連続タービンアプローチを用いた潮汐流再生可能エネルギーファームの設計最適化と資源評価」 .再生可能エネルギー. 99 : 1046–1061 . arXiv : 1507.05795 . Bibcode : 2016REne...99.1046F . doi : 10.1016/j.renene.2016.07.039 . ISSN  0960-1481 .
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  9. ^ Subsea World News. 「Ocean Flow社、シーメンスの技術を半潜水型潮力タービンに採用」
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  16. ^ポール・テイラー SeaGen 潮力タービンが環境および科学調査でクリア
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  22. ^ a b c Garcia-Oliva; Hooper; Djordjević; Belmont (2017). 「高度に保護された河口域における潮汐農園の展開が湿地鳥類の生息地に及ぼす影響の探究」. Marine Policy . 81 : 359–367 . Bibcode : 2017MarPo..81..359G . doi : 10.1016/j.marpol.2017.04.011 .
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