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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Pelamis波力発電システム

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「水に浮くブイを使うというアイデアは面白いけどワイヤーで底に固定する方法は使いたくない」

そこから生まれたのが「Pelamis波力発電」です。水に浮くブイは波の上下運動の影響をダイレクトに受けますが、問題は波の上下運動をどうやって発電装置に繋げるかです。

ブイの中に発電装置を入れても発電装置自身が上下運動しているので、そのままでは上手く運動エネルギーを利用できません。かと言って、海底に固定すると長いワイヤーの設置が課題になります。それを解決するアイデアが「一つ一つのブイを繋げる」ことでした。

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多数のブイを波の方向に向けて繋げると、ブイは波に合わせてそれぞれ順番に上下運動をします。つまり、ブイの一つが上方向に動く時、他のブイは下方向に動いているということです。するとブイの繋ぎ目はクネクネと何度も上下に動くことになるため、この運動エネルギーを電力に変えます。

これは可動物体型波力発電の「振り子型」と「ブイ型」の利点を組み合わせたモデルと言えるでしょう。波の上下運動を浮力のあるブイで捉え、それを振り子型のようにクネクネとした動きに変えて電力を取り出すのです。

水中でも海面でも使える方式で、電線を長く伸ばせばどこにでも配置できます。既に欧米で実用化されて広く利用されるようになっており、次世代の波力発電の手法としてこれから広がっていくでしょう。

ジャイロ式波力発電

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実は「Pelamis波力発電」以外に、全く新しい手法を使った「ジャイロ式波力発電」というものがあります。

これはジャイロ効果を利用して発電しているのですが、ジャイロ効果と言われてもなんだかよく分かりません。ジャイロ効果は原理の説明が少々難しいのですが、言ってみれば「物体が傾く力を利用して発電する」方式だと考えて下さい。

海面の波に船やブイを浮かせれば、波の力で船やブイはゆらゆらと傾きます。この傾きに合わせて効率よく動く物体があれば、それで発電ができそうです。発想としては可動物体式に似ていますが、可動物体式は波の動きそのものを利用しているのに対し、ジャイロ式では「傾く力そのものをエネルギーに変えて」います。

まず、下の動画の0:19秒あたりを見て下さい。

傾きに合わせて中の機械が綺麗に回転しているのが分かります。

これだけを見ると「中の機械が綺麗に回転するように人間が傾けている」ように思われますが、実は「傾きに合わせて機械が綺麗に回転するように機械に取り付けられた円盤が回転している」のです。

これだけでは意味が分からないと思うので、まずは「地面を転がるコイン」をイメージして下さい。

地面を転がるコインはすぐには倒れず、円を書くようにくるくると周るはずです。しかし、コインの転がる速度が遅くなるにつれてどんどん傾きは強くなっていき、最後にはパタリと倒れて止まります。さて、転がるコインが中々倒れずにくるくると回転するのは「ジャイロ効果」によるものだというのは聞いたことあるのではないでしょうか。

回転する物体が傾くと、ジャイロ効果によって傾きを打ち消すような向きに力がかかります。コインの場合はコインの端が地面に接しているので円を描きましたが、空中に浮いていた場合にはその場でくるくると周ります。コマと同じ要領です。つまり、傾きを打ち消すためにコインはくるくると回っていたわけです。

さて、「傾きが生まれる」と「傾きを打ち消す力が生まれる」のであれば、常に傾き続ければ常に力が生まれるということになります。しかし、傾きを打ち消してしまうのがジャイロ効果ですので、ずっと同じ方向に傾いていては効率的に力を作り出せません。

そこで海の波を考えてみて下さい。波は常に上下に動き、海面に浮く物体に傾きを与えています。そして、この傾きを回転(自転)する物体に与えると、ジャイロ効果によって傾きを打ち消す向きに力が生じ、くるくると回り出します。

色々な場所が回っているのでややこしいですが、お盆の上で傾いてくるくると回るコインがずっと転がり続けられるようにお盆を傾けるイメージ(実際にやると難しい)で良いでしょう。海の場合はお盆と違って波で作る傾きをコントロールできませんので、コインの転がる速度(自転する速度)を変えています

自転する速度が変われば傾きを打ち消すために生まれる力が変わります。打ち消す力(回転速度)と傾きの力は同調させなければなりませんが、傾きがコントロールできないのであれば、回転速度をコントロールすれば良いのです。こうして内部の機械が回転する力を常に生み出し続け、モーターを回して発電します。

ジャイロ効果を生み出すためには回転盤を回す(コインを自転させる)エネルギーが必要ですが、ジャイロ効果によって生まれるエネルギー(機械自身が回る力)はそれ以上ですので十分なエネルギーを作れます。

なにやら難しそうな発電方式ですが、こちらも既に実用化されています。

まとめ

ここまで5つの方式を説明してきましたが、波力発電の方式は本当にバラエティに富んでいることが分かります。これだけあれば日本にピッタリ合うものを見つけられそうですが、波力発電に力を入れているのは日本ではなく欧州です。

日本は海に囲まれているものの波力(波の高さや振動数)が小さく、波力発電によって作れるエネルギーが欧州に比べると小さいのです。一方で英国周辺の海は大きな波力を保有しており、波力発電に最適です。結果的に英国は世界で最も波力発電に注力している国となり、投資も盛んに行われています。

残念ながら日本では流行らなさそうですが、こうした発電方式もあるということは知っておいても損はありませんね。