波力発電はバラエティに富んでいた!意外性のある変わった発電のしくみ-発電技術(2)

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波力発電という発電方法があります。海の「波の力」を利用して発電するのですが、波の力をどう利用するのかイメージが掴めるでしょうか?潮の満ち引きを利用する「潮力発電」や海流を利用する「海流発電」とは違います。「波の力」ですので、潮の満ち引きで水位が変わるわけでもなければ、海流のように一定方向に進む水の流れがあるわけでもありません。波というのは水の振動です。単なる水の振動をどうやってエネルギーに変えるのでしょう?

実は、水力発電が水流で水車を回すだけなのに対し、「波力発電」の発電方法は非常にバラエティに富んでいます。波力発電とは一体どんな発電方法なのか、その仕組みと合わせて簡単にご紹介していきましょう。

振動水柱型波力発電

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波力発電はまだまだ発展途上の発電方法ですが、その中で実用化されているものの一つが「振動水柱型波力発電」です。

なんとも堅苦しい名前ですが、「振動」は「波の上下運動」で「水柱」は「狭い空間で上下する海面と空気」と考えると分かりやすいでしょう。

この原理を簡潔に表現するなら、「波で空気を押したり引いたりしてタービンを回す発電法」です。

波によって海面が上下しますが、波打ち際などに上図のような大きな壁を作り効果的に波が上下するようにしましょう。そして、海面に大きな桶のようなものを被せて空気を密封するのです。お風呂場に張ったお湯の上で水桶を逆さまに被せた状態をイメージして下さい。被せた桶の上部に空気が通る小さな穴を空けましょう。すると、水面の上下に合わせて空気が出たり入ったりします。

なにやら変わった手法ですが再現するのは簡単です。ペットボトルを半分に切り、蓋を外した飲み口を上にして切り口を水面につけ、波を立てれば飲み口から空気が出入りするので同じ現象が起こります。水面に付けた部分に隙間があるとそこから空気が逃げてしまうので注意しましょう。

原理は簡単ですし、空気を使ってタービンを回すのでメンテンナンスが容易です。しかし、同じ体積で比較すると空気の運動エネルギーは水の運動エネルギーに比べてかなり少なく、波の力を十分に活かしているとは言えません。この方式の発電効率はあまり高く無いのです

越波型波力発電システム

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「空気を使うと効率が悪いなら海水の移動を利用しよう!」ということで、「越波型波力発電」という方式も考えられました。

これは防波堤を超えて来た波を貯水池に蓄え、それを引波に合わせて海に戻す際にタービンを通すことで発電します。要するに、「壁を超えてきた波を一箇所に蓄え、それを水力発電の要領でタービンに流す」ということです。

この方式であれば、確かに同じ体積の空気を移動させるよりも効率は良くなりますが、防波堤を超えた波しか利用できない上に波が引いていく運動しか利用できていません。「振動水柱型」が波の上下運動の双方を利用していたのに比べると、電力に変えられるエネルギーが少ないです。

上図だと蓄えた海水を横方向に移動させていますが、海の真ん中に作って海水を下方向に流す方式も存在しています。

面白い発電方法ではあるのですが、扱える水の量が少ないことから実用レベルには達していません。

可動物体型波力発電

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「発電は流体でタービンを回すもの」という発想から離れてみましょう。そこで生まれたのが「可動物体型波力発電」です。

これは今まで以上に分かりやすい発想でしょう。要するに、「可動式の物体を波にぶつけて動かして発電する」ということです。

上図では板状の物体を波に突っ込み、揺れるように動く板の動きから電力を作っています。ビート板を海に突っ込んで発電するようなもので、非常にシンプルな発電方法です。ビート板のような小さなものを動かしても仕方ないので、実際に発電する場合にはかなり大きな板を動かすことになるでしょう。

また、下図のように板ではなく水に浮くブイを使う方式も存在します。

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水の底に沈める方式で船の邪魔にならず、景観も損ねないのが強みです。水の中に波があるのかと思うかもしれませんが、波の上下運動は海面だけではく水中にも存在します。お風呂で大きな波を立てれば、水中にも波の運動があることが分かるでしょう。ただし、海底に近づくにつれて波の力は弱まるため、海面の波を利用する場合に比べると効率は落ちます。

水に浮くブイを使えるので簡単そうに見えますが、上下運動するブイをエネルギーに変えるためにはワイヤーなどを底に繋いでブイの上下運動を発電装置に伝えなければなりません。

海面近くにブイを設置すると海底深くまで長いワイヤーが伸びることになり魚介類の活動の妨げになりますし、漁網などが絡まる原因になります。一方で海底深くにブイを置くと波の上下運動の力が弱まるため、効率が悪くなります。実用化も検討されていますが、波力発電の主力にするのは難しいかもしれません。

(次ページ: 実用化に成功した新しい波力発電)