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スコットランド沖で6年間回転し続けた水中タービンが画期的な成果を上げる

概要

  • スコットランド沖で 6年以上稼働 する潮流タービンが商業化の可能性を証明
  • MeyGenプロジェクト は世界最大規模の潮流発電所
  • 長期耐久性が 投資家の信頼 向上に寄与
  • 潮流発電はまだ 初期段階 だが、クリーンエネルギーの大きな可能性を持つ
  • 規制や環境問題 など、普及には課題も残る現状

スコットランド沖の潮流タービン、耐久性で商業化に前進

  • スコットランド沿岸約 40メートルの水深 で、潮流タービンが 6年以上連続稼働
  • Ocean Energy Europe によると、この耐久記録が 商業化と投資拡大 の鍵
  • 頻繁なメンテナンスが不要なことで コスト削減大規模化 が現実的に
  • 潮流発電技術 は商業化初期段階だが、クリーンエネルギー供給源として 高いポテンシャル
  • National Renewable Energy Laboratory によれば、海洋エネルギーは 世界最大の未開拓再生可能資源

MeyGenプロジェクトの概要と成果

  • MeyGenプロジェクトは スコットランド沖 で稼働する 4基のタービン を設置
    • 各タービン 1.5メガワット 発電、合計で 約7,000世帯分の電力供給
  • SKF社 のベアリングとシールが 6年半 メンテナンス不要で稼働
  • Ocean Energy EuropeのCEO Rémi Gruet は、6年以上の連続運転を「 非常に重要なマイルストーン」と評価
  • SAE Renewables が運営、約 8年間送電網に電力供給

潮流発電の課題と今後

  • 継続的な発電を行う潮流発電所 は世界でもごくわずか
    • 多くは 試験やデモンストレーション 段階
  • 規制問題、環境影響、他の海洋利用者との競合 などの課題が残存
  • University of WashingtonのAndrea Copping は、耐久性の証明により「 懸念を払拭」と指摘
  • MeyGenの運用・保守責任者Fraser Johnson によれば、記録達成タービンは 少なくともあと1年稼働予定
  • タービンは Pentland FirthのInner Sound、潮流の強い海域に設置

拡大計画と今後の展望

  • MeyGenは 2030年に20基追加 予定、送電網アップグレード後に実施
  • 将来的には 最大130基 設置、現行よりも 高出力タービン 導入計画
  • ダム型のバラージ方式 とは異なり、 オープンウォーター型 の発電所
  • 現在、MeyGenは 同種世界最大規模 の潮流発電所
  • Johnson氏は「 他社の参入と業界全体の成長」を目指す姿勢

潮流発電の意義と業界支援

  • 潮流発電の 長期耐久性実証 が、 投資家や政府の信頼 向上に直結
  • Associated Press の気候・環境報道は民間財団の支援を受けつつ、 編集独立性 を保持
  • 詳細な基準や支援元情報は AP.org で公開

Hackerたちの意見

昨日、これについてちょっと調べたんだけど、

  • これはタービンがメンテナンスなしで海の下にあった最長記録で、商業的な実現可能性を証明してる
  • 潮の満ち引きの時に発電できて、月のサイクルが太陽のサイクルと違うから、太陽光が落ちる部分を予測可能な形で補えるかもしれない でも、
  • 潮力エネルギーは価値があるけど、地理的に制約がある
  • 適した場所がある国は限られてる(イギリス、カナダ、フランス、韓国)
  • 世界の技術的ポテンシャル(TWh/年)は、洋上風力の1/10に過ぎない
  • 世界の技術的潜在能力(TWh/年)は、洋上風力の1/10だよ。これを考えると、風力タービンが現在の世界のエネルギー需要を賄うためには、世界の陸地面積の1%未満で済むってこと(NRELによる)。だから、これは制約要因ではないね。
  • 世界の技術的潜在能力(TWh/年)は、洋上風力の1/10だよ。まだその値はすごいのかな?イギリスは2030年までに洋上風力を4倍にすることを目指してるんだ。それがイギリスの電力の60%になる。もし新しい原子力発電所が現在の15%の2倍を実現できれば、合計で90%になるね。残りは太陽光と水中タービンで賄えるかも。水中タービンが海洋生物に問題を引き起こさないか気になるけど、もし大丈夫なら、大規模に導入して風力タービンの見た目の悪さを避けられるかも。

適した場所がある国では、もっと高い割合になるだろうね。予測可能で信頼性があるから、風力よりも大きな利点があるよ。

「潮流エネルギーは価値があるが地理的に制約されている」って、これって本当にネガティブなの?地理的に合理的な場所にとってはむしろプラスと見なせない?俺はアリゾナに住んでるから、潮流エネルギーから外れても全然気にしないよ。ソーラーと日差しの余剰があるからね。

潮力エネルギーは価値があるけど、地理的に制約があるんだよね。潮は海岸があるところならどこでも発生するんじゃないの?それとも特定の潮の条件でしか効果がないのかな?

高潮と低潮の時に発電するから、潮の満ち引きの時は水の動きがあまりないよね。確かに、潮の中間で一番発電すると思うし、流れが逆転することで静まり返る時間ができるんじゃないかな?これがサイクルの有効な部分をかなり大きくしてるよね。

  • 潮力エネルギーは価値があるけど、地理的に制約があるのは確かだね。もちろん、これはすべての電力生成の問題を解決するものではないよ。 > * 適した場所があるのは数カ国だけ(イギリス、カナダ、フランス、韓国) それ以上の国があるよ。私の家から5kmのところには7ノットの潮流があるけど、あなたのリストには載ってないね。他にも知ってるよ。沿岸の条件は結構一般的だから、この技術は川でも役立つと思うよ。

カナダ アナポリスロイヤル潮流発電所は5年前に閉鎖されたんだ。なぜなら、取り入れ口を通過する魚をバンバン切り刻む傾向が強かったから。

これ、めっちゃクールに聞こえるけど、海にもっとテクノロジーが増えるのはあんまりワクワクしないな。どうせ壊れたり、劣化したり、汚染したりするのが目に見えてるから。石油よりはマシ(当たり前だけど)、太陽光や風力が使えない時に電力を供給するのはいいことだよね(これも当たり前)。でも、何百万ものギガトン構造物を海に作れば、数十基の原発に相当する電力が得られるっていうアプローチはやめてほしいな。

原発が劣化したり、壊れたり、汚染したりすることについても、あんまり良い反応はないよね。市場も潮力発電を見放してる傾向があるし。海は厳しい環境だし、そこで働くのは高くつくし、太陽光のコスト削減がほとんどの競争相手を圧倒してる。スコットランドでは、いくつかの革新的な海洋エネルギー企業がパイロットを立ち上げて数年運営した後、破産するってことが結構あったよ。

他の技術と比べて、どれくらい汚染するのかが重要な質問だよね。石炭や原発みたいな熱発電所は冷却水が必要で、その排出物も海に行くから。

ライフサイクル分析は、製造、輸送、設置、運用、清掃にかかる影響を含む、一般的でますます詳細な分野だよね。クレードル・トゥ・グレイブ(生産から廃棄まで)か、クレードル・トゥ・クレードル(リサイクルのコストも含む)で分析されるんだけど、こういう設置については、そういう研究が行われてると思う。『ランドマン』には、風力タービンが「これやあれのせいでグリーンじゃない」っていう長い批判があって、最後には「20年の寿命の間に、それを作るためのカーボンフットプリントを相殺できない」って言ってるんだ。これらはただの感情(フィクションのキャラクターのものだけど、残念ながら現実の人々にも受け入れられてる)で、事実には無関心なんだよね。実際、ライフサイクル分析によると、風力タービンは1.8ヶ月から22.5ヶ月でトントンになるっていう結果が出てて、平均は5.3ヶ月なんだよ。[0]: https://www.youtube.com/watch?v=wBC_bug5DIQ [1]: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.9b01030

これはすごく的外れな懸念だね。もしかして、ただ心配してるフリをしてるのかな…?

でも、ここでのビジョンは海に何百万もの機械を詰め込むことじゃないと思う。

ちょっと変なこと言うかもしれないけど、潮の波からエネルギーを取るって、地球そのものの運動量からエネルギーを取ることになるのかな?昔どこかで読んだんだけど、潮力エネルギーを十分に取り出すと、地球の回転が遅くなるかもしれないって。素人だから詳しくは知らないけど、もし誰か知ってる人がいたら、可能性について教えてほしいな。

https://cs.stanford.edu/people/zjl/pdf/tide.pdf

現在の開発のペースを考えると、しばらくは問題にならないだろうね。

角運動量の保存則によれば、そうはならないよ。エネルギー、運動量、角運動量にはそれぞれ保存則があるから。編集:でも、地球の回転と月の軌道運動の間で角運動量の移動を促進するかもしれないね。

その通り、クリーンではあるけど「再生可能」と分類するのは間違いだね。https://cs.stanford.edu/people/zjl/pdf/tide.pdf は結構わかりやすい入門書だよ。

技術的には地球と月のシステムの運動量だね。潮の満ち引きは、地球の月に対する回転から海にエネルギーが連続的に供給されることなんだ。潮は摩擦でエネルギーを失うけど、潮の摩擦を増やしても惑星システムに影響はないと思う。ただ、全体の潮の振幅はほんの少し減るかもしれないね。

地球の回転は「潮の引き」によって、1世紀あたり約1〜2ミリ秒ずつ遅くなってるんだ(でも最近は驚くことに、逆に速くなってるんだよ):https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_rotation

風力と太陽光にはずっと懸念があったんだ。地球の一部からエネルギーを取り除くのは、なんだか無計画で検証不可能に思える。地面から熱を取り除いたり、風速や圧力を下げたり、潮の力を弱めたりすることが、決して壊滅的な影響を与えないと保証されているとは思えないんだよね。

地球と月のシステムの運動量は3.61×10^34 kg.m^2/sで、そのうち80%が月の軌道、20%が地球なんだって(https://space.stackexchange.com/questions/50502/how-much-of-...). KE = p^2 / 2m 月の軌道のエネルギーは5.7×10^45J、地球の軌道のエネルギーは4.4×10^42J。だから、地球の運動量は(平方項があるから)低くて、質量は(月は地球の1.2%の質量)ずっと高いから、地球は1000倍以上エネルギーが少ないんだ。だから、ここで重要なのは月だけだね。抽出されるジュールはすべてその予算から直接来てると仮定して、動いてる水がスコットランドに当たって熱に変わることはなかったとしよう。15.9TWは人間の平均エネルギー使用量。5.7×10^45J / (15.9TW * 1年) = 1.14×10^25。だから、もしこの方法で人間のエネルギーをすべて生成して、すべてのジュールが月の軌道エネルギーから取られたとしたら、システムを10兆年ちょっとで回転させることができる。これは実際、思ってたよりも多いけど、1km/sで動く8000億トンの常識から考えると、やっぱりすごい量だね。もしかしたら、いくつかの(数十の)オーダーを間違えたかも?特に、月と地球のエネルギー比1000:1は考えてみると納得できるけど、やっぱりちょっと驚きだったな。とにかく、まあ大丈夫だと思う。編集:ああ、これは間違いだった、軌道エネルギーは3.8×10^28Jだから、月を解放して木星に寄付するのに65百万年しかかからないね。

重要な意味では(全く目立たない)何十億年後、太陽が膨張して地球上のすべての生命を消し去るまで、そうなることはないよ。もちろん、その頃には月は今よりかなり地球から離れていて、地球の回転が遅くなり、最終的には月の回転速度と一致することで潮汐ロックされるかもしれない。そういうこともある。地熱エネルギーが枯渇することはないし(実際、熱の一部は月がマグマを引っ張ることで来ていて、残りは放射性崩壊や地球が形成されたときの残存熱から来ている)。技術的には、地殻を通じて自然に放出される熱は、私たちが必要とする以上のものだ。だから、技術的にはそうだけど、地球に残された時間のスケールでは実際には重要ではない。時間が経つにつれて、地球はもっと過酷な環境になるだろうしね。10億年後には、ここはかなり変わっているだろう。月の軌道運動のわずかな減速は、そこでは最も気にするべきことではないよ。

4つのタービンのうち、1つだけが水から引き上げずに6年間運転できたんだ。他の3つは高額なメンテナンスが必要だったよ。https://www.waterpowermagazine.com/news/sae-secures-loan-for... いいアイデアだけど、スコットランドのような場所でも太陽光に比べてコストがかかるね。

ソーラーとのコスト比較を見てみたいな。1.5MWは侮れないから、メンテナンスに少しお金がかかっても大丈夫。でも、全体のコストは知りたいね。

もし6年も持ったら、信頼性のあるタービンを作ることができるようになる気がする。

商業運転には役立たないけど、試運転には悪くないかも。もし1/4が成功すれば、少なくともできるってわかるし、いくつかの重要な故障モードも学べるだろうね。

メンテナンスが高コストなのは、すべてのシステムがメンテナンスを必要とするからで、「高コスト」というのは相対的なものだね。これがコスト効果的な解決策かどうかを判断するには、もっと具体的な情報が必要だよ。

この記事にはこう書いてあるよ:「MeyGenプロジェクトのフェーズ1Aでは、AR1500を重力ベースの基礎に設置し、他の3つのAH1000 MK1タービンとともに6MWのアレイを形成した。」私が見つけた限りでは、AR1500は定期的な四半期メンテナンスを受けたばかりだけど、どの4つのタービンが6年のマイルストーンを達成したのかは今のところ具体的な情報が見つからない。AR1500のパンフレットには、記事で示されている4回のサービスインターバルではなく、6年と4分の1ごとに3回のサービスインターバルがあると主張されていることに気づいたよ。

腐食が原因かな?海に面したものがまだ塗装された鋼で作られてるのは驚きだよね。アルミニウムやカーボンファイバー、あるいはプラスチックがもっと進化してると思ったけど、まだまだ鉄の時代って感じだね。

タービンや発電の専門家ではないけど、非太陽光の発電方法は定期的にメンテナンスのために停止しないといけないってほぼ100%確信してるよ。これらのメンテナンスコスト(とインターバル)は、ガスや蒸気タービンと比べてどうなの?

それが可能だと証明されれば、何年もパイロットモードに留まっていた業界にとっては大きな一歩だね。

長年の間、海洋ベースの発電システムが、あまり役に立たない土地に地上設置の太陽光発電をするのと同じくらいのコストで電気を生み出す話は聞いたことがない。最近、中東の大規模な政府入札に応じて、1kWhあたり約0.05ドルで電力を販売する完全に営利目的の企業が現れた。彼らは、巨大な太陽光発電所を私的に建設するための長期的な負債を負っても、利益を上げられるとかなり自信を持っている。今のドイツで生産されている太陽光発電の累積量は、日照が少ない気候での実用例として良い例だね。海に何かを設置する場合、クレーン付きのオフショア作業船を雇うのはとても高くつく。沿岸の海底ケーブルを敷設したり、桟橋やマリーナを建設したり、ブイを設置・維持するための海洋工事は安くない。塩水中での高圧交流または直流の海底ケーブルの敷設と維持も特に高額だよ。沿岸建設プロジェクトのために36フィートから42フィートのアルミ製ランディングクラフトを借りると、燃料や乗組員を含めて簡単に1時間500ドルになる。陸上でやるよりも労働力と車両のコストが大幅に増えるんだ。

一つ明らかでないことは、その地域がどれだけ過酷かってことだね。まず海水は腐食性があるし、砂や他の粒子が加わると研磨剤のようにもなる。でも潮は1日に2回、時速30km(18mph)に達することもあるんだ。

俺の住んでるところには850年も稼働してる潮流発電所があるんだ。今でも電力を供給してるよ。

海は本当に厳しい場所で、耐久性に関する懐疑的な意見も今まで正当だった。だけど、MeyGenのようなプロジェクトが潮流インフラが長持ちすることを証明できれば、巨大な未開発のエネルギー源が開放されるかもしれない。

完全に同じではないけど、比較のために言うと、フランスには45年間250MWを生産しているランス潮力発電所がある。韓国製のものは254MWで、もっと強力だ。このパイロットは、3つのタービンが正常に動いているときに4.5MWを生産した。

このプロジェクトは面白いけど、すべての比較は最終的なコスト、つまりMWhあたりや「家庭」あたりのコストを考慮に入れるべきだね。250MWを生産するために55台必要なら、コストも55倍になるからね。電力は常に利用可能でなければならないし、太陽がない時、風がない時、波がない時なども考えないといけない。核エネルギーやガソリンは、エネルギー密度の観点から残念ながらトップの選択肢だね(ガソリンの場合は携帯性もあるし)。

ランスとシファ湖は全然違うもので、海壁やダムが必要なんだよね。これらはめちゃくちゃ高くて、環境にも悪影響があるし、適した場所も世界中に限られてる。今から作ることは絶対ないと思うよ(シファはまだ15年しか経ってないけど、海壁は1994年に作られたんだ)。基本的には潮の差を利用した低水頭の水力発電所だね。ペントランド海峡の設置は根本的に違うカテゴリーで、オープンウォーター(とはいえ、入り江や水路だけど)に設置されるから、環境への影響がずっと少なくて、世界中に適した場所が2~4桁も多いんだ。

現在のエネルギー源は、ほぼすべてが太陽放射(化石燃料は間接的に)か核分裂から来ている。潮力エネルギーは、ざっくり言うとどちらからも来ていないから面白いよね!

それは基本的に陸上にある風力タービンを水中に持っていくのは非常に難しいよね。細かいこと言うと、たくさんの風力タービンは海の上に設置されてるよ。

引用の全文はこうだよ: > それは基本的に陸上にある風力タービンを水中に持っていくのは非常に難しいよね。この文脈で見ると、君のコメントはかなりおかしく見えるんじゃない?